DCS在硝酸装置中的运用

摘 要：主要介绍WebField JX-300X集散控制系统在硝酸装置中的运用，着重强调双加压硝酸装置的控制。 关键词：DCS 双加压硝酸装置 一、前言 　　解化集团公司的硝酸装置由双加压硝酸装置、全加压硝酸装置、常压1—4#硝酸机组构成。全加压硝酸装置是2003年2月刚投产的装置，常压1—4#硝酸机组是60年代初投用的，经多次改造一直使用常规仪表控制;双加压硝酸装置是1997年由美国引进的装置，也一直使用常规仪表控制。随着使用年限的增加，仪表腐蚀老化问题突出，故障不断增多，直接影响工艺安全稳定生产。为确保工艺生产，提高自动化水平，增强仪表控制系统的可靠性，2002年5—9月我们对硝酸装置的仪表进行改造，淘 汰了控制室的常规仪表，改用中控JX—300X DCS集散控制系统控制，从而实现了解化集团公司的硝酸装置的集中控制。 二、控制系统概述与构成 　　中控的JX-300X DCS充分利用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠成熟的先进控制算法，使其兼具了高速可靠的数据输入输出运算、过程控制和PLC联锁逻辑控制功能，获得了广泛的应用，特别是其性能价格比优于同等规模的常规仪表系统，成了我们仪表改造首选的产品。 　　JX-300X的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnet II ，其系统结构如图1所示： 图1 JX-300X DCS系统结构 　　1、DCS的配置 　　基于JX-300X DCS系统的硝酸装置计算机集散控制系统由一个多功能站（工程师站）、三个操作站、二个控制站和过程控制网络组成，。 　　2、制站硬件及卡件配备 　　控制站完成整个工业过程的实时监控功能，由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置，为了增加系统的可靠性，我们对控制站的主控制卡、数据转发卡进行了冗余配置。表1列出了控制站的硬件，表2为系统的I/O信号及卡件配备表。 　　表1控制站硬件 　　表2为系统的I/O信号及卡件配备表 三、工艺流程简介 　　双加压硝酸装置的流程是首先原料液氨被送入氨蒸发器和辅助氨蒸发器。蒸发出来的气氨经过除雾器除去夹带液氨后进入氨过热器加热到95℃后，送至氨过滤器，过滤掉气氨中油污和杂质后，气氨送到氨混合器中。 　　取自大气的空气经吸入空气过滤去灰尘和杂质后，进入空压机，压至0.795Mpa后,送至压缩空气过滤器中进一步净化后送至氨混合器中作原料气使用。 　　氨气和空气在氨混合器中充分均匀混合后，约为80%，在约223℃下被送入氧化炉，并均匀分布铂网上，氨在高温下与空气中的氧发生氧化反应，生成NO，并放出大量热量，气体经过透平加热器、燃烧室、废热锅炉回收部分热量后，出口的NOx温度下降为228℃。经过NOx的吸收，脱硝等工序后生产出硝酸，送至成品酸槽。 四、控制方案 　　1 、双加压硝酸联锁控制 　　为保证设备稳定运行及人身安全而设置必要的联锁系统，使之能够及时、准确地动作。为此根据工艺要求，提出系统联锁控制。 　　1.1机组联锁系统联锁图 　　注：联锁原理图条件和动作的描述为1 　　例：PSLL-1049C=1即机组润滑油压高 PSLL-1049C=0即机组润滑油压低 　　HY-1044=1即蒸汽透平入口阀关，电磁阀失电 　　HY-1044=0即蒸汽透平入口阀开，电磁阀得电 　　1.2工艺联锁系统原理图 　　 　　注：联锁原理图条件和动作的描述为1 　　例:TSHH-1001=1即网温度高 TSHH-1001=0即网温度低 　　FY-1012=1即气氨调节阀关,电磁阀失电 　　FY-1012=0即气氨调节阀开,电磁阀得电 　　1.3冰机与加压硝酸联锁原理图 　　注：联锁原理图条件和动作的描述为1 　　例：PSH-2222=1即气氨压力高 PSH-2222=0即气氨压力低 　　PY-2222=1即气氨压力调节阀关，电磁阀失电 　　PY-2222=0即气氨压力调节阀开，电磁阀得电 　　2、氨浓度控制原理 　　氨浓控制系统主要就是使氨—空混合器中氨含量控制在9—10%范围内;避免氨浓度升时,使氧化炉铂网温度升高,铂网发亮、发白、损坏或引起氧化炉爆炸。氨浓度低时,会降低氧化效率,增加消耗。 　　3、压缩机防喘振控制原理图 　　 　　PV= P出/ P入-0.083△P 　　喘振是压缩机性能反常的一种不稳定运行状态。压缩机发生喘振时，不当会使压缩机的性能显著恶化，气体参数（压力、流量）产生大幅度脉动，大大地加剧机组的振动，而且会使压缩机组的转子和定子经受交变的动应力使密封和轴承损坏，甚至发生转子和定子相碰，引起爆炸等恶性事故。喘振还会引起氨浓度升高，空气回流，至使氧化炉温度升高，损坏铂网。 　　在通常情况下，压缩机的喘振主要是负荷减少所至，而负荷的增减则是由工艺所决定的。为避免压缩机出现喘振，要确保在任何转速下，通过压缩机的实际流量都不小于喘振极限所对应的最小流量。为避免进入喘振区，在喘振极限旁建立一条“安全操作线”作为安全工作的界限。 　　当压缩机出口系统阻力升高、压力增大，压缩机入口流量减少，空气过滤器阻塞，负荷调整不当，升、降转速过快，引起机组发生喘振时;可通过防喘振控制系统减缓或消除喘振，避免机组机械损伤,减少事故发生。 　　4、机组调速控制原理图 　　机组转速主要是靠手动调节蒸汽透平入口蒸汽量来控制,当入口蒸汽波动大时,将会引起转速突然下降,造成机组喘振,甚至停车。机组的转速一般控制在900-1000rpm,合理的转速可以提高机组出功功率,降低消耗。确保机组安全运行。 　　5、汽包液位控制原理图 　　汽包水位是机组运行的一个重要参数，它反映了给水量与供汽量的动态平衡关系。如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至会使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。相反，如果水位过低则会破坏水循环，导致干锅,水冷壁管道破裂。因此，机组启停和正常运行时要求保持汽包水位相对恒定。如果水位超出正常范围，轻则发出报警，重则停炉停机。构成给水调节系统的三冲量是汽包水位、主蒸汽流量及给水流量。汽包水位信号经汽包压力补偿后作为主调的输入，蒸汽流量信号经温度、压力修正后与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。 五、系统运行情况 　　自2002年10月JX-300XDCS投入生产至今，没有因仪表设备故障影响工艺生产，机组未发生过喘振，大大提高了机组的运转周期，机组运转率由原来的85%提高到95%以上，降低了仪表故障率,减少了机组停车次数，降低了消耗和维修费用，稳定了生产工艺，减轻操作工的劳动强度，受到工艺人员的好评。 　　双加压硝酸装置停车后从点火到开车正常一般需要六个小时左右，这期间平均每小时需耗蒸汽16t\h左右,而机组正常运行时平均每小时只需耗蒸汽7-8t\h。由于提高了机组运转率，减少了机组停车次数，从而节药蒸汽用量。 六、系统评价 　　硝酸装置使用的中控JX-300X DCS自运行以来，系统运行稳定、可靠，安全生产得到保障，产量有明显提高，设备故障停车时间明显减小，相应提高了铂网得使用寿命，经济效益十分显著。与其它DCS产品的使用效果对比，中控的JX-300X DCS产品具有更高的性能价格比，（组态工作简单明了，软件功能丰富，能方便地实现一些复杂地控制方案。）可以提供更加完善的技术服务，选用国产的集散控制系统，有利于提高国内产品的市场竟争力并为其发展创造良好的环境。 [参考文献] 　　1、《SUPCON JX—300X集散控制系统使用手册》 　　2、《駐昆解放军化肥厂氨加工车间工艺操作法》 　　3、《化工自动化控制手册》