自動化控制在蘭炭煤化工安全生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

丁麗

（新疆湘潤新材料科技有限公司,新疆 哈密 839000）

0 引言

為提升煤化工行業(yè)的自動化水平和煤炭加工效率，緩解煤炭加工與安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，促進(jìn)健康持續(xù)的發(fā)展，近年來煤化工企業(yè)都在努力實(shí)施自動化控制解決方案[1]，專為生產(chǎn)焦炭、煤焦油、氨水、粗苯等煤化工企業(yè)量身定制。

1 蘭炭煤焦化生產(chǎn)過程自動化控制應(yīng)用

蘭炭煤焦化生產(chǎn)過程主要包括:炭化爐生產(chǎn)工藝控制、煤氣凈化裝置設(shè)備控制、關(guān)鍵設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)、檢測設(shè)施控制、自動化裝車及石油化工罐區(qū)計量管理等系統(tǒng)。采用集中離散DCS 控制系統(tǒng)和PLC 控制系統(tǒng)相配套的措施，與就地儀表相結(jié)合的方式，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、顯示、調(diào)節(jié)、報警、聯(lián)鎖、記錄以及控制等。操作人員可根據(jù)工藝參數(shù)的變化實(shí)時對主要參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、氧含量等進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到安全生產(chǎn)和控制產(chǎn)品質(zhì)量目的。

2 根據(jù)蘭炭生產(chǎn)工藝流程設(shè)置主要控制和監(jiān)測方案

1）備煤和出焦系統(tǒng)：原料上煤系統(tǒng)和出焦輸送閥門根據(jù)上料量和配比以及出焦量設(shè)置間歇時間自動化控制器，采用變頻調(diào)節(jié)并與手動控制相結(jié)合，應(yīng)對突發(fā)堵料和異常工況下及時控制停車；輸送皮帶運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳控制和顯示，就地紅外線視頻監(jiān)控人員巡檢情況，避免“三違”行為發(fā)生。

2）煉焦系統(tǒng)：炭化爐、煤氣凈化系統(tǒng)的設(shè)備及管道采用自動監(jiān)控系統(tǒng)控制溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)。包括炭化爐各部位爐內(nèi)溫度T、爐頂煤氣壓力P、煤氣流量L 設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳顯示并設(shè)定報警限值；煤氣風(fēng)機(jī)開關(guān)狀態(tài)A/O 和爐頂壓力P 實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制風(fēng)量。

3) 煤氣凈化系統(tǒng)：炭化爐出口煤氣管道安裝氧含量在線檢測儀，設(shè)定氧含量兩級報警限制，與煤氣出口切斷閥實(shí)現(xiàn)自動聯(lián)鎖，防止煤氣管道泄漏后氧含量超限而造成爆炸危險，同時管道壓力P 設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳顯示并設(shè)定報警限值。煤氣凈化系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的煤氣放散取樣裝置，在啟停爐時實(shí)現(xiàn)就地取樣進(jìn)行防爆實(shí)驗(yàn)，與在線含氧量分析儀進(jìn)行比對，防止開停車時管道吹掃、置換過程中含氧量超標(biāo)燃爆而引起爆炸。煤氣風(fēng)機(jī)啟停采用變頻調(diào)速PLC 控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)啟停開關(guān)A/O、潤滑油油溫T 油位V 設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳顯示并設(shè)定報警限值，與風(fēng)機(jī)啟停開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動聯(lián)鎖，防止設(shè)備出現(xiàn)異常故障。在電捕焦油器入口管道安裝激光氧含量檢測儀，實(shí)時檢測氧含量O；同時將煤氣氧含量O、電捕焦油器內(nèi)絕緣箱溫度T、進(jìn)出電捕焦油器煤氣溫度T、壓力P 設(shè)定高低限兩級報警，與電捕焦油器啟停開關(guān)A/O 實(shí)現(xiàn)自動聯(lián)鎖。

4）煤焦油罐區(qū)：液位V 設(shè)高、低液位兩級報警限值，防止危化品外溢事故。

5）煤氣罐區(qū)：所有涉及危化品的儲存裝置內(nèi)溫度、壓力、液位設(shè)兩級報警限值，同時將儲罐液位V 與煤氣出口壓力調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動聯(lián)鎖。

6）所有工藝循環(huán)水系統(tǒng)壓力P、溫度T、啟停開關(guān)A/O 設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳顯示。

7）控制室必須位于爆炸區(qū)域外。

3 檢測儀表選型和電纜及儀表安裝

1）儀表選型：T 就地溫度指示儀表可以選用雙金屬溫度計，遠(yuǎn)傳溫度檢測儀表可以選用隔爆鉑熱電阻（Pt100）、隔爆熱電偶（K 型）；P 就地壓力指示儀表可以選用全不銹鋼的壓力表、隔膜壓力表、耐震壓力表；遠(yuǎn)傳壓力檢測儀表可以選用智能壓力變送器、智能差壓變送器；需要報警或聯(lián)鎖的壓力檢測儀表可以選用壓力開關(guān)；現(xiàn)場需要簡單壓力調(diào)節(jié)的選用自力式壓力調(diào)節(jié)閥；L 現(xiàn)場指示流量儀表可以選用金屬管浮子流量計、質(zhì)量流量計或轉(zhuǎn)子流量計等，遠(yuǎn)傳實(shí)現(xiàn)監(jiān)控顯示；V 液位檢測儀表可以選用智能浮筒液位計、雙法蘭液位變送器、液位開關(guān)、智能差壓變送器、雷達(dá)液位計等。

現(xiàn)場相關(guān)儀表選用本質(zhì)安全儀表（防爆等級：ia ⅡBT4 級）。個別儀表沒有本質(zhì)安全型，則選用隔爆型儀表（防爆等級：d ⅡBT4 級）[2]。

2）儀表電纜及安裝：根據(jù)危險區(qū)域等級的不同，采用常規(guī)控制屏蔽電纜或阻燃控制屏蔽電纜，采用架空或直埋敷設(shè)，穿鍍鋅鋼管保護(hù)，保護(hù)套管與儀表采用撓性管密閉連接，防爆接線箱與電纜用防爆密封接頭密封防爆。接線箱和撓性管要適用于相應(yīng)的危險區(qū)域等級，從接線箱到控制室采用金屬防腐、防銹電纜橋架，從接線箱到現(xiàn)場儀表采用鍍鋅鋼管，儀表和接線箱均采用撓性連接管。信號電纜屏蔽層在控制側(cè)接地。本安型控制電纜與非本安型分開敷設(shè)或進(jìn)行有效的隔離。

4 儀表及其測量管線伴熱、保溫和供配電源

在南北方不同環(huán)境溫度下，有凍結(jié)、冷凝、結(jié)晶、析出等現(xiàn)象產(chǎn)生的物料的測量管線和檢測儀表采取電伴熱保溫；儀表的控制系統(tǒng)電源為雙回路自動切換的獨(dú)立供電回路，電壓等級為380 V，三相，50 Hz。在外部電源故障期間，控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表由不間斷電源（UPS）供電，UPS 提供后備電源（電池組），容量為6 kVA，能保證系統(tǒng)及儀表正常工作時間不小于30 min，切換時間≤5 ms。

5 人工智能監(jiān)控

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要設(shè)置控制室。主要設(shè)有DCS（PLC）控制柜和監(jiān)控報警終端顯示器?？刂剖壹霸诰€連續(xù)式自動氧含量分析室設(shè)在爆炸區(qū)域以外的安全區(qū)域，并將可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)接入該DCS 系統(tǒng)中。分別設(shè)置操作員和工程師控制站，采用主機(jī)和從機(jī)配套使用進(jìn)行計算機(jī)控制。

6 自動化控制實(shí)施效果

首先煉焦系統(tǒng)爐頂壓力、溫度；煤氣壓力、流量、溫度顯示、報警穩(wěn)定正常，保證了炭化爐的安全操作和工藝調(diào)節(jié)；其次出焦系統(tǒng)的傳動設(shè)備變頻調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)、報警系統(tǒng)運(yùn)行正常，保證了設(shè)備的正常使用和定期維護(hù)；再次煤氣加壓風(fēng)機(jī)、空氣風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)器，根據(jù)爐頂壓力情況實(shí)現(xiàn)自動控制，設(shè)置了遠(yuǎn)傳顯示、報警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤氣系統(tǒng)控制住安全壓力范圍內(nèi)；煤氣凈化系統(tǒng)的電捕焦油器、煤氣加壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、氧分析儀系統(tǒng)之間也采用自動顯示、聯(lián)鎖報警裝置，在保證安全的前提下，為電捕正常運(yùn)行提供了可靠條件；另外煤氣儲存裝置煤氣柜，遠(yuǎn)傳顯示氣柜容積大小、高度，操作人員隨時調(diào)節(jié)管道壓力和閥門開度大小；煤氣輸送系統(tǒng)采用自動壓力調(diào)節(jié)閥，對于管道的壓力、流量、溫度進(jìn)行實(shí)時控制、調(diào)節(jié)，及時、準(zhǔn)確的調(diào)整，以保證煤氣輸送管道正常運(yùn)行，煤氣下游用戶正常用氣。

7 需要進(jìn)一步優(yōu)化的問題

由于受半尾焦?fàn)t生產(chǎn)工藝條件局限，部分上煤系統(tǒng)閥門自動化控制與爐頂壓力的工況沒有能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化，需要人工調(diào)節(jié)閥門和上料，此方面需要以后逐步改進(jìn)；另外出焦放料系統(tǒng)安裝了變頻器調(diào)節(jié)，并由遠(yuǎn)傳計算機(jī)監(jiān)控，減少了人工的勞動強(qiáng)度，但是還是沒有實(shí)現(xiàn)無人操作；煤氣風(fēng)機(jī)的壓力自動調(diào)節(jié)裝置在日常的運(yùn)行過程中不能實(shí)現(xiàn)完全的PID 自調(diào)功能。

8 結(jié)束語

自動化控制從本質(zhì)上解決了煤化工生產(chǎn)安全問題，減少了人員配置，降低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率[1]。但也仍存人員配備不齊、自動化相關(guān)技術(shù)人員素質(zhì)參差不齊、員工認(rèn)識不到位等現(xiàn)象，許多生產(chǎn)工藝系統(tǒng)自身也有部分弊端，影響了智能控制功能的充分發(fā)揮，需要進(jìn)一步優(yōu)化完整，才能真正做到安全穩(wěn)定運(yùn)行。