DCS和PLC系统在HCl合成装置中的应用.pdf

第 4 9卷第 1 期 2 0 1 3年 2 月 石油化工自动化 AUT M AT1 0N I N P ETR _ CHEM I C AL I NDUS TRY Vo 1 ． 4 9，No ． 1 Fe b r u a r y ，2 0 1 3 DC S和 P L C系统在 H C1 合成装置中的应用 李广财 ， 包维俊 国电宁夏太阳能有限公司， 宁夏7 5 3 2 0 2 摘要 针对国内 HC 1 合成装置的安全联锁控制、 H2 与 c l 2 的质量流量配比控制难等问题， 通过 P L C与 D C S相结合的控制方 案， 实现安全联锁与模拟量配比的自动控制。装置投用以来， 系统运行安全、 稳定、 可靠 ， 所产气体纯度较高； 通过完善系统的智 能报警 提示功能 ， 减轻 了操作人员的劳动强度 。 关键词 集散控制系统可编程控制器质量流量 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 3 0 1 0 0 6 9 0 2 国电宁夏太 阳能有限公司 5 k t ／ a多晶硅项 目 于 2 0 1 0年 9月份投产运行 ， 该套 HC 1 合成装置引 用国外先进成套技术， 项 目设计通过 D e l t a V集散 控制系统与 P I C系统相结合 的控制方案 ， 对现场 仪表及阀门进行监测 、 控制 、 报警、 联锁 ， 实现整个 HC 1 合成装置的 自动生产 ， 成功地实现对 HC I 合 成装置整个生产过程进行安全监控与控制。 1 H C I 合成装置生产工艺流程 HC1 气体 由 H。 和 Cl 。 燃烧 生成， H ， C l 。 质量 流量 比控制在 1 ． 0 0 1 ． 1 O ～1 ． 1 5 ， 在这种情况 下过量的 H 进料可确保充分燃烧 ， 火焰在钢壳体 内的石墨合成装置内向下燃烧， H C 1 气体的合成 及其冷却均在合成装置 内完成 。干燥 的 H。 和 C l 分别来 自制氢装置和液氯气化装置 ， 分别经过缓冲 罐稳压后进入合成炉入 口， 在合成炉内燃烧生成 HC1 气体 ， 再从合 成炉底部导出 ， 经过冷凝器 、 除 雾器 、 加热器 、 HC 1 气体干燥装置 ， 将 所生产 出的 合格的 HC1 气体经过压缩机压缩后送人下一个所 需装置 。其 中剩余 的 HC 1 气体从合炉底导出后可 按产量需求直接到降膜吸收器制备高纯度盐酸。 2 D e l t a V和 P L C技术在控制系统中的设计 在 HC 1 合成过程 中， 传统 的控制手段是 根据 火焰的颜色 ， 手动调节 C l ， H 质量流量。由于在 大型化工企业所需 HC 1 气体量 比较大， 且在根据 火焰的颜色手动控制过程 中很容易造成进入合成 炉的 C 1 。 与 H。 质量流量配 比发生较大变化， 这样 生产出的 HC 1 气体首先可能面临的是纯度不够 ， 而不能送至下游 s i H c 1 。 合成炉， 其次是配比不稳 定可能造成 HC1 气体当中游离 Cl 。过高 ， 在制 酸 时尾气含 c l。 高， 形成 H 和 c l 。 爆炸性混合气体， 给生产带来不安全因素。传统的工艺控制联锁方 面只有在 Cl ， H。 质量流量配比差大时 ， 火焰颜 色 才发生明显变化和在冷却水体积流量没有等条件 时才会手动停止生产 ， 这样也带来 了不安全因素 。 如果工艺操作人员稍不 注意 ， 可能使 HC 1 合成 炉 装置设备损坏或影响产生合格率 。 基于上述情况 ， 既要生产出合格的高纯度 HC I 气体 ， 又要使生产安全 、 稳定运行 ， 对 HC I 合成装 置 自动控制系统采用 D e l t a V与 P L C系统相结合 的方案来实现。其 中的功能分配 D e l t a V对 HC 1 合成装置内模拟量仪表进行监测 ， 同时对调节阀进 行 自动控制 ； P L C对 HC 1 合成装置 内所有数字量 信号 、 控制柜 内供 电系统 、 通信系统 ， 进行实时监 测 。当其中一个环节出现问题 ， 根据预先设计好的 联锁逻辑条件程序立即对该套 H C 1 合成装置紧急 停车， 以免损坏设备及给生产带来不安全因素。 2 ． 1 CI2 ， H 2质量流量配比采用双 闭环流量 比值 控制方案 双闭环比值控制 系统 中主流量 为 H ， 副流量 为 C l 。若主流量受到干扰发生波动 ， 则主流量 闭 环控制 回路对实际值进行定值控制 ， 使主流量始终 稳定在给定值上下， 同时副流量控制闭环回路也会 随主流量的波动进行调整； 当副流量受到扰动发生 波动时， 副流量控制闭环回路对实际值进行定值控 制 ， 使副流量始终控制在给定值附近 ， 而主流量控 制回路不受副流量波动 的影响。从而使主流量控 制回路和副流量控制 回路因物料波动利用各 自控 制回路分别实现实 际值 与给定值吻合 ， 从 而保证 主、 副物料质量流量的比值恒定 。 该套 HC 1 合成炉 C l 。 和 H 质量流量配比基 于在正常生产过程当中可能会 出现所需 HC 1 气体 稿件收到 日期 2 0 1 2 0 9 1 8 ， 修改稿收到 日期2 0 1 2 -1 1 -2 1 。 作者简介 李广财 1 9 7 1 一 ， 男 ， 宁夏石 嘴山人 ， 1 9 9 7年毕业 于兰 州大学电子技术与微机应用专业， 从事化工仪表自动化工作， 现工 作 于国电宁夏太 阳能有限公司 ， 任仪表 车间主任 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 石油化工 自动化 第 4 卷 产量随生产负荷的提降而有较大变化 ， 为了更好地 实现 合成炉 的 c 1 ， H 质量流量保持稳定的状态 ， 在设计配 比控制方案时选用主流量与副流量控制 皆为闭环控制系统 ， 当主、 副流量都得到较为稳定 的控制时 ， 因生产负荷提降而产生所需 HC 1 气体 总流量也得以保证。控制系统结构如图 1 所示。 副流 量 设 定值 副控制器H副执行器H 副流量对象 图 1 双 闭环 比值 控制 系统 示意 2 ． 2 P L C系统紧急联锁停炉方案 副流 量 该套 HC 1 气体合成装置当中的联锁数字量信 号采集 由 P L C系统完成， 当生产过程 当中联锁数 字量 中的某一个数字量开关信号 中断或者出现时 ， P I C系统控制器将触发联锁保护程序 ， 将 P 【 C系 统 内控制 的切断 阀安全操作 ， 并将 P L C控制器触 发联锁保护程序的信号 同时发送 至 D C S ， DC S将 其控制的模拟理信号进行处理 ， 从 而实现 D C S与 P I C系统很好地配合 。 3 现场仪表的选择及性能 HC 1 气体合成装置 区域存在易燃易爆 的危险 介质， 主要有 c l ， ， H， ， H C 1 气体和盐酸等， 而且生 产过程要求连续 、 严格 ， 控制要求精确 ， 否则可能带 来严重后果， 现场仪表选择应符合 以下三点要求 1 该区域内存在c l ， H 爆炸性气体介质， 现 场测量仪表及控制阀f 1 6符合防爆要求。 2 该区域 内存在 C I ， HC 1 强腐蚀性介质 ， 现 场测量 仪表及控 制 阀门应符 合 防腐 要求 。该装 置所采用调节阀需要 在生产过程 中精 确调节 ， 才 能满足生产过程 中的 C l 和 H 质量流量精确配 比， 为此 C l 调节 阀选择不锈钢单座调节 阀， 切断 阀选择不锈钢气动蝶 阀。H 不具有腐蚀性， H 。 调节 阀与切断 阀可选择气 动单座 调节 阀和气动 切断 阀， 材质无特殊要求 ， 优先选 择不锈钢材质 ， 但相应地在 这个 区域所采用 的调节 阀定位 器 j 切断阀采用 的电磁 阀需是本安 型， 起到很好 的防 爆作用 。 3 该装置现场测量远传配 比流量计采用进 口 R o s e me n t 3 0 9 5标准孔板流量计。该流量计 测量精 度高 、 反应灵敏 、 测量稳定 ， 并采用温压补偿 ， 流 计输出信号为 4 ～2 0 mA， 不需要进行信 号计算 、 补偿等措施可直接应用 。 4 结束语 通过该项 目使 D e l t a V 和 P I C系统很好地相 结合并得以应用 ， 充分发挥了各 自的控制特点 ， 提 高了整个 HC l 合成装置生产管理及生产 自动化水 平 ， 使该装置运行稳定 、 安全生产 、 操作简 单， 同时 减少了该装置现场生产人员的劳动强度， 在控制生 产安全 、 生产合格产品方面有很好的效果。 参考文献 [1 ] 吴文彬， 库 尔班艾力 ， 古建红 ， 等． I X2 S控制 系统 在氯化氢合 成 中的设计与应用 r J ] ． 中国氯碱 ， 2 0 0 8 1 2 2 8 [ 2] 郑安． 自动化控 制在氯 化氢合成 生产 中的应用 l J ] ． 科 技 j 企业 ， 2 0 1 2 1 6 3 2 8 3 2 9 ． [ 3] 赵 国玺． 新一代控制 系统的代表作I e l t a V 系统生 产简介 l J ] ． 中国仪器仪表， 2 0 0 1 增 刊 1 2 1 2 3 ． [ 4] 俞金寿 ， 何衍庆． 集散控制系统原理及应用 [ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 5 ] 尤 昌德． 现代控制理论基础L M 1 ． 北京电 出版 社 ， 1 9 9 6 ． [6] 赵红梅． 氯化氢合成 装置 中的 比值调节 系统浅 析 l I I ． 油 化工 自动化 ， 2 0 0 7 ， 4 3 0 1 9 2 9 4 ． [7] 王民涛， 李素 珍． 比值 调节 器在氯 化氢合 成系 统 中的应用 l J ] ． 河南化工 ， 2 0 0 7 O 2 3 7 3 9 ． [8] 齐永涛， 许梅先 ， 王 忠敏． 自动 化控制在 氯化氢 合成生 产中 的应用 J ] ． 中国氯碱 ， 2 0 0 9 1 1 3 83 9 ， 4 8 ． [ 9] 张字． 仪表保 护装置 的新解读 [ J ] ． 石油 化工 自动化 ， 2 0 0 9 ． 4 5 0 5 9 09 2 ． [ 1 O ] 胡丹宁． 比值 自动控制调节 系统在 氯化氢 合成 系统 巾的应 用[ J ] ． 中国氯碱， 2 0 1 1 o 3 4 1 ～ 4 5 ． [ 1 1 ] 罗小青． 氯碱生产涉危工艺 自动化控制及安全联锁改造 [ J ] ． 中国氯碱， 2 0 1 1 o 3 4 5 4 7 ． I r e ] 王茂君． 用 P L C实现电动机分批冉启 动及 自动切换 i J j ． 石 油化工 自动化， 2 0 0 7 ， 4 3 0 4 4 3 4 5 ， 6 3 ． [ 1 3 ] 孙琳娟 ， 王树利 ， 倪源 ， 等． 先进控制技术在常减压装置的应 用 _ J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 7 ， 4 3 0 6 3 9 4 2 ． [ 1 4 ] 王凤 兰． De l t a V 串级 控 制 的实现 [ J ] ． 石油 化 』 『 { 动化 ， 2 0 0 6． 4 2 0 5 ．4 54 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m