煤制甲醇（大型装置）行业自动化解决方案

在石化行业，浙大中控具有深厚的技术实力与优秀的应用业绩，特别在基础化工原料生产控制技术方面，具备为各种装置提供成熟自控方案与实施的能力。在大型煤制甲醇工艺过程控制中，浙大中控可提供从煤气化、原料气净化到甲醇合成、精馏等生产工序和包括空分、水处理等公用工程的完备自动控制整体解决方案与成功应用案例。 　　一　工艺简介 　　煤制甲醇(大型)装置的典型流程如图1所示。 　　二　控制策略 　　甲醇装置与合成氨装置具有较大的相似性，因此变换、净化部分的控制介绍可参考《浙大中控中大型合成氨行业解决方案》，本文主要介绍煤气化、甲醇合成等控制过程策略。 　　1. 针对Texaco气化炉的控制策略 　　德士古气化炉控制主要包括常规控制、顺序控制和SIS安全仪表系统，其中SIS安全仪表系统是主要难点与重点。 　　(1)常规控制 　　德士古气化炉常规控制以简单调节为主，多重化的测量特点主要是为了保证安全，如气化炉温度测量、激冷室液位测量等，控制时可选用不同的测量值作为SP值。氧煤比及负荷升降调节是控制中较为复杂的一个回路。 　　(2)顺序控制 　　气化炉急冷室下部的集渣锁斗的控制 实质是一个顺序控制系统，涉及充压、集渣、卸压、出渣等过程，是一个交变的压力控制系统。 　　(3)SIS安全仪表系统 　　气化炉安全系统分顺序控制和安全联锁两大部分。这两部分的功能是相互独立的，但安全联锁功能的优先级别要高于顺序控制。 　　气化炉安全系统是从开车、运行，直到停车的一整套安全自动操作监控系统。气化炉运行过程中，每执行一个步骤，无论是手动还是自动操作，安全系统将连续监控生产过程中最重要阀门的阀位状态，并自动调整主要的工艺参数，实现装置在正常或给定的参数下有最佳的安全运行状态。 　　气化炉SIS系统包括顺序控制(开车、停车、吹扫顺序)和气化炉安全联锁。 　　(a)气化炉开车顺序：任务是使气化装置安全和协调地开车。在执行开车顺序前，应检查相关条件是否具备。 　　在完成相关步骤后，通过调整氧气和蒸汽控制阀的开度建立氧气和蒸汽放空，使水煤浆和氧气流量达到开车设定值。当满足开车允许条件且稳定时间大于30s后，可按下运行按钮继续运行开车顺序。所有后续步骤，一直到气化炉加压，均自动进行，不须操作人员干预。 　　在开车顺序中，如果任何不要求操作人员干预的顺序步执行时间超过预定的时限，则开车失败并激发停车顺序。DCS报警指示开车失败，同时指示出失败原因。 　　(b)气化炉停车顺序：无论何时，当停车激发条件出现或按下手动停车按钮，均启动停车顺序激发气化装置停车。停车顺序是单向不可逆转的，一旦被激发，就一直进行下去直到结束，即使在处理过程中引起气化装置跳车的条件已恢复正常也如此。 　　由于停车可在任何情况下发生，故在停车的瞬间各阀门的位置是不固定的。因此停车顺序的第一步动作除了要切断进炉物料外，还需对各联锁程控阀的开关位置进行设置。 　　(c)吹扫顺序：吹扫分氧气管线和水煤浆管线吹扫，遵循先吹氧管再吹水煤浆管、先停水煤浆管吹扫再停氧管吹扫的原则，在进行水煤浆管吹扫期间，要持续进行氧管吹扫，以防止水煤浆回流进入氧管。吹扫可根据需要重复多次。 　　(d)安全联锁功能：安全联锁功能的作用是对装置的运行条件连续进行监视，在出现不安全情况时产生动作使装置安全停车，以防止造成设备损坏或人员伤亡。开车投料期间，对相关动作有严格的时间要求。安全系统设置有"看门狗"定时器，如果在规定时间内没有完成预定动作，则激发气化装置停车。 　　2. 针对SHELL气化炉的控制策略 　　SHELL气化炉的控制主要包括磨煤系统联机控制、气化工序工艺联锁、SIS安全仪表系统控制(其需求与Texaco气化炉类似)和一些复杂控制系统。 　　(1)磨煤系统联机控制 　　(a)系统联锁停车 　　在下列工艺条件和操作下将启动系统停车联锁：煤称量给料机给煤流量低低、磨机电机停、停车按钮shut down。停车联锁启动后，自动按以下步骤停车：皮带输送机停、煤称量给料机停、磨机电机停。 　　(b)煤称重给料机联锁条件：系统联锁停、煤称重给料机电机转速低。 　　(2)气化工序工艺联锁 　　(a)气化开停车时序 　　碳洗塔出口压力低于0.5MPa、系统初始化、系统复位、煤粉输送、氧气超时。 　　投煤后，延时7s，氧气流量计时器开始计时，时间40s，40s后氧气放空阀关闭，氧气切断阀打开，如果阀位不正常，气化炉联锁停车动作。 　　(b)气化联锁 　　包括系统初始化，系统复位，磨煤系统运行投煤，气化炉联锁停车触发器。 　　(c)锁斗PLC逻辑程序 　　锁斗控制包括"卸压--清洗--排渣--充压--集渣"等过程。涉及渣水工艺联锁、渣池搅拌器联锁、碳洗塔给料泵联锁、灰水泵联锁等。 　　(3)部分复杂控制系统说明 　　(a)氧煤比控制系统 　　粉煤流量的中值选择--粉煤流量的控制采用煤粉调节阀或改变发料罐压力进行控制，对粉煤流量设计了中值选择回路，将粉煤流量三选二后取中值进行PID调节控制发料罐的压力或煤粉调节阀的开度。 　　氧气流量的补偿和纯度校正--入炉氧气流量是影响气化炉温度的关键因素，氧气流量的准确性尤为重要，设置了氧气流量的温度，压力补偿，补偿计算得到的补偿流量与氧气纯度进行校正，最终得到氧气流量来进行控制。 　　氧煤比控制--氧煤比控制采用标准比例功能和内部仪表的比例计算保证氧煤比的稳定，氧煤比给出值经过乘法器计算氧气流量OSP，作为氧气回路的远程给定，取倒数后经乘法器计算出粉煤流量，作为煤粉单参数回路的远程给定，从而实现交互控制。煤粉流量发生变化，通过氧煤比自动控制，通过实测的煤粉流量计算氧气流量，通过PID调节输出值控制氧气自调阀动作。 　　氧气流量发生变化，通过氧煤比自动控制，计算对应煤粉量，通过PID调节后的输出值控制煤粉调节阀，使粉煤流量按氧煤比变化。 　　(b)气化炉负荷控制 　　气化炉负荷控制是为了防止气化炉负荷 过大，设置了负荷变化速度限制器，将负荷的每分钟变化限制在一定的范围内。为防止氧气过量设置高低选择器，在粉煤回路上设置高选器，将测量出的煤粉量与负荷给定的煤粉量进行比较，取高者作为煤粉回路远程给定的最终值。在氧气回路上设置了低选器，将测量出的煤粉量与负荷给定的煤粉量进行比较，将其低者作为氧气回路的给定值。提负荷值时，煤粉流量大于负荷给定值，被高选器选中，调节氧煤比，氧气流量随之增大；降负荷时，煤粉流量低于负荷给定值，被低选器选中，先降氧气流量，再控制氧煤比，煤粉流量随之下降。 　　(c)锁斗逻辑系统说明 　　锁斗PLC系统模式包括运行，收渣，排渣模式。 　　涉及锁斗安全阀、锁斗进口阀、锁斗出口阀、锁斗循环泵进口阀、激冷室开关、激冷室液位等阀门及现场检测信号。 　　3. 甲醇合成控制策略 　　甲醇合成部分控制以简单控制为主，包括驰放气一次减压后压力、驰放气二次减压后压力、出工段副产中压蒸汽压、闪蒸槽液位调节、甲醇分离器液位、洗醇塔液位调节、锅炉给水预热器出口水、汽包操作压力、升温气体压力等。 　　复杂回路控制主要有锅炉液位3冲量控制。 　　内环调节的是进锅炉工段给水流量，外环调节的是汽包液位，前馈是出工段副产中压蒸汽流量。 　　合成工段涉及的安全联锁是在汽包液位低低(小于规定值)时，联锁动作，停原料气压缩机和合成气压缩机。 　　三　结束语 　　截至2005年底，浙大中控已为全球3000多家流程工业用户提供优质的产品与服务，涉及石化、化工、冶金、电力、建材、啤酒、造纸等多个行业，成功实施的工程项目达4000多个，其中包括大批典型和特色项目。浙大中控期待着与更多的煤制甲醇行业用户共同进步，以全面提升整个行业的自动化水平与经济效益。