解化集團公司的硝酸裝置由雙加壓硝酸裝置、全加壓硝酸裝置、常壓1—4#硝酸機組構(gòu)成。全加壓硝酸裝置是2003年2月剛投產(chǎn)的裝置,常壓1—4#硝酸機組是60年代初投用的,經(jīng)多次改造一直使用常規(guī)儀表控制;雙加壓硝酸裝置是1997年由美國引進的裝置,也一直使用常規(guī)儀表控制。隨著使用年限的增加,儀表腐蝕老化問題突出,故障不斷增多,直接影響工藝安全穩(wěn)定生產(chǎn)。為確保工藝生產(chǎn),提高自動化水平,增強儀表控制系統(tǒng)的可靠性,2002年5—9月我們對硝酸裝置的儀表進行改造,淘 汰了控制室的常規(guī)儀表,改用中控JX—300X DCS集散控制系統(tǒng)控制,從而實現(xiàn)了解化集團公司的硝酸裝置的集中控制。
二、控制系統(tǒng)概述與構(gòu)成
中控的JX-300X DCS充分利用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡通信技術(shù)、可靠成熟的先進控制算法,使其兼具了高速可靠的數(shù)據(jù)輸入輸出運算、過程控制和PLC聯(lián)鎖邏輯控制功能,獲得了廣泛的應用,特別是其性能價格比優(yōu)于同等規(guī)模的常規(guī)儀表系統(tǒng),成了我們儀表改造首選的產(chǎn)品。
JX-300X的基本組成包括工程師站(ES)、操作站(OS)、控制站(CS)和通訊網(wǎng)絡SCnet II ,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1 JX-300X DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、DCS的配置
基于JX-300X DCS系統(tǒng)的硝酸裝置計算機集散控制系統(tǒng)由一個多功能站(工程師站)、三個操作站、二個控制站和過程控制網(wǎng)絡組成,。
2、制站硬件及卡件配備
控制站完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能,由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件、供電單元等組成。控制站的各種卡件均可冗余配置,為了增加系統(tǒng)的可靠性,我們對控制站的主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡進行了冗余配置。表1列出了控制站的硬件,表2為系統(tǒng)的I/O信號及卡件配備表。
表1控制站硬件

表2為系統(tǒng)的I/O信號及卡件配備表
三、工藝流程簡介
雙加壓硝酸裝置的流程是首先原料液氨被送入氨蒸發(fā)器和輔助氨蒸發(fā)器。蒸發(fā)出來的氣氨經(jīng)過除霧器除去夾帶液氨后進入氨過熱器加熱到95℃后,送至氨過濾器,過濾掉氣氨中油污和雜質(zhì)后,氣氨送到氨混合器中。
取自大氣的空氣經(jīng)吸入空氣過濾去灰塵和雜質(zhì)后,進入空壓機,壓至0.795Mpa后,送至壓縮空氣過濾器中進一步凈化后送至氨混合器中作原料氣使用。
氨氣和空氣在氨混合器中充分均勻混合后,約為80%,在約223℃下被送入氧化爐,并均勻分布鉑網(wǎng)上,氨在高溫下與空氣中的氧發(fā)生氧化反應,生成NO,并放出大量熱量,氣體經(jīng)過透平加熱器、燃燒室、廢熱鍋爐回收部分熱量后,出口的NOx溫度下降為228℃。經(jīng)過NOx的吸收,脫硝等工序后生產(chǎn)出硝酸,送至成品酸槽。
四、控制方案
1 、雙加壓硝酸聯(lián)鎖控制
為保證設(shè)備穩(wěn)定運行及人身安全而設(shè)置必要的聯(lián)鎖系統(tǒng),使之能夠及時、準確地動作。為此根據(jù)工藝要求,提出系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。
1.1機組聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖圖

注:聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1
例:PSLL-1049C=1即機組潤滑油壓高 PSLL-1049C=0即機組潤滑油壓低
HY-1044=1即蒸汽透平入口閥關(guān),電磁閥失電
HY-1044=0即蒸汽透平入口閥開,電磁閥得電
1.2工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)原理圖

注:聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1
例:TSHH-1001=1即網(wǎng)溫度高 TSHH-1001=0即網(wǎng)溫度低
FY-1012=1即氣氨調(diào)節(jié)閥關(guān),電磁閥失電
FY-1012=0即氣氨調(diào)節(jié)閥開,電磁閥得電
1.3冰機與加壓硝酸聯(lián)鎖原理圖
注:聯(lián)鎖原理圖條件和動作的描述為1
例:PSH-2222=1即氣氨壓力高 PSH-2222=0即氣氨壓力低
PY-2222=1即氣氨壓力調(diào)節(jié)閥關(guān),電磁閥失電
PY-2222=0即氣氨壓力調(diào)節(jié)閥開,電磁閥得電
2、氨濃度控制原理
氨濃控制系統(tǒng)主要就是使氨—空混合器中氨含量控制在9—10%范圍內(nèi);避免氨濃度升時,使氧化爐鉑網(wǎng)溫度升高,鉑網(wǎng)發(fā)亮、發(fā)白、損壞或引起氧化爐爆炸。氨濃度低時,會降低氧化效率,增加消耗。

3、壓縮機防喘振控制原理圖

PV= P出/ P入-0.083△P
喘振是壓縮機性能反常的一種不穩(wěn)定運行狀態(tài)。壓縮機發(fā)生喘振時,不當會使壓縮機的性能顯著惡化,氣體參數(shù)(壓力、流量)產(chǎn)生大幅度脈動,大大地加劇機組的振動,而且會使壓縮機組的轉(zhuǎn)子和定子經(jīng)受交變的動應力使密封和軸承損壞,甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子相碰,引起爆炸等惡性事故。喘振還會引起氨濃度升高,空氣回流,至使氧化爐溫度升高,損壞鉑網(wǎng)。
在通常情況下,壓縮機的喘振主要是負荷減少所至,而負荷的增減則是由工藝所決定的。為避免壓縮機出現(xiàn)喘振,要確保在任何轉(zhuǎn)速下,通過壓縮機的實際流量都不小于喘振極限所對應的最小流量。為避免進入喘振區(qū),在喘振極限旁建立一條“安全操作線”作為安全工作的界限。
當壓縮機出口系統(tǒng)阻力升高、壓力增大,壓縮機入口流量減少,空氣過濾器阻塞,負荷調(diào)整不當,升、降轉(zhuǎn)速過快,引起機組發(fā)生喘振時;可通過防喘振控制系統(tǒng)減緩或消除喘振,避免機組機械損傷,減少事故發(fā)生。
4、機組調(diào)速控制原理圖

機組轉(zhuǎn)速主要是靠手動調(diào)節(jié)蒸汽透平入口蒸汽量來控制,當入口蒸汽波動大時,將會引起轉(zhuǎn)速突然下降,造成機組喘振,甚至停車。機組的轉(zhuǎn)速一般控制在900-1000rpm,合理的轉(zhuǎn)速可以提高機組出功功率,降低消耗。確保機組安全運行。
5、汽包液位控制原理圖

汽包水位是機組運行的一個重要參數(shù),它反映了給水量與供汽量的動態(tài)平衡關(guān)系。如果水位過高,會破壞汽水分離裝置的正常工作,嚴重時會導致蒸汽帶水增多,從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結(jié)垢,甚至會使汽輪機發(fā)生水沖擊而損壞葉片。相反,如果水位過低則會破壞水循環(huán),導致干鍋,水冷壁管道破裂。因此,機組啟停和正常運行時要求保持汽包水位相對恒定。如果水位超出正常范圍,輕則發(fā)出報警,重則停爐停機。構(gòu)成給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三沖量是汽包水位、主蒸汽流量及給水流量。汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補償后作為主調(diào)的輸入,蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。
五、系統(tǒng)運行情況
自2002年10月JX-300XDCS投入生產(chǎn)至今,沒有因儀表設(shè)備故障影響工藝生產(chǎn),機組未發(fā)生過喘振,大大提高了機組的運轉(zhuǎn)周期,機組運轉(zhuǎn)率由原來的85%提高到95%以上,降低了儀表故障率,減少了機組停車次數(shù),降低了消耗和維修費用,穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝,減輕操作工的勞動強度,受到工藝人員的好評。
雙加壓硝酸裝置停車后從點火到開車正常一般需要六個小時左右,這期間平均每小時需耗蒸汽16t\h左右,而機組正常運行時平均每小時只需耗蒸汽7-8t\h。由于提高了機組運轉(zhuǎn)率,減少了機組停車次數(shù),從而節(jié)藥蒸汽用量。
六、系統(tǒng)評價
硝酸裝置使用的中控JX-300X DCS自運行以來,系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠,安全生產(chǎn)得到保障,產(chǎn)量有明顯提高,設(shè)備故障停車時間明顯減小,相應提高了鉑網(wǎng)得使用壽命,經(jīng)濟效益十分顯著。與其它DCS產(chǎn)品的使用效果對比,中控的JX-300X DCS產(chǎn)品具有更高的性能價格比,(組態(tài)工作簡單明了,軟件功能豐富,能方便地實現(xiàn)一些復雜地控制方案。)可以提供更加完善的技術(shù)服務,選用國產(chǎn)的集散控制系統(tǒng),有利于提高國內(nèi)產(chǎn)品的市場竟爭力并為其發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。
[參考文獻]
1、《SUPCON JX—300X集散控制系統(tǒng)使用手冊》
2、《駐昆解放軍化肥廠氨加工車間工藝操作法》
3、《化工自動化控制手冊》