HC900在煤制甲醇控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、HC900煤制甲醇裝置自動(dòng)化解決方案1.引言甲醇不僅是重要的化工原料，也是潔凈燃料。發(fā)展大型煤制甲醇，并加工為烯烴和替代燃料， 以煤代替石油，是國家能源安全的需要，也是化學(xué)工業(yè)高速發(fā)展的需要。目前甲醇已在全國部分 省、市廣泛推廣應(yīng)用。近年來，國內(nèi)甲醇消費(fèi)量持續(xù)增長，尤其是燃料甲醇的市場潛力巨大。2,工藝流程簡介煤制甲醇生產(chǎn)工序主要分為原料氣制備、變換和脫碳、氣體凈化、氣體壓縮、甲醇合成、粗甲 醇精餾以及涉及安全環(huán)境保護(hù)（如廢催化劑回收、水處理）等工序。原料氣制備方法主要有煤氣化 法（德士古TEXACO水煤漿氣化、謝爾SHELL干粉煤氣化、GSP干粉煤氣化、魯奇碎煤氣化和 UGI常壓氣化）、天然

2、氣轉(zhuǎn)化法、焦?fàn)t煤氣法；原料氣處理、精制、壓縮工藝的生產(chǎn)則同傳統(tǒng)的合 成氨生產(chǎn)工藝類似；甲醇合成工藝則有：ICI低壓甲醇合成工藝、Lurgi低壓甲醇合成工藝、TEC 的新型反應(yīng)器以及正趨向成熟的液相法甲醇合成工藝。由煤經(jīng)煤氣化制取合成氣，再由合成氣在銅基催化劑條件下合成甲醇的典型流程見圖1。煤與來自空分的氧氣在氣化爐內(nèi)制得高CO含量的粗煤氣，經(jīng)高溫變換將CO變換為H2來實(shí) 現(xiàn)甲醇合成時(shí)所需的氫碳比，再經(jīng)凈化工序?qū)⒍嘤嗟腃O2和硫化物脫除后得到甲醇合成氣。由于 煤制甲醇碳多氫少，必需從合成弛放氣中回收氫來降低煤耗和能耗?；厥盏臍錃馀c凈化后的氣體形 成甲醇所需的合成氣，即（H2-CO2） / （CO

3、+CO2）=2.OO2.05,經(jīng)過壓縮、合成等工序制 得含水粗甲醇，經(jīng)過精餾工序精制得到產(chǎn)品甲醇。上述八個(gè)工序中的氣化和合成是二個(gè)決定性的工 藝；而空分、變換、凈化、壓縮、氫回收、精餾均為常見工藝，與相關(guān)行業(yè)（如冶金、合成氨工 業(yè)）的工藝基本一致。3.控制方案3.1.針對(duì)Texaco氣化爐的控制方案德士古氣化爐控制主要包括常規(guī)控制、順序控制和安全儀表系統(tǒng)，安全儀表系統(tǒng)是其控制難點(diǎn) 與重點(diǎn)。德士古氣化爐常規(guī)控制以簡單調(diào)節(jié)為主，有一些測量具有一定的特點(diǎn)。如氣化爐溫度測量，冷 激室液位測量等涉及安全，控制主要為保證安全，具有一定的特殊性，爐內(nèi)測溫電偶多重、液位測 量常配備三臺(tái)液位計(jì)，控制時(shí)可以選用不

4、同的測量值作為SP值。氧煤比及負(fù)荷升降調(diào)節(jié)是控制中較為復(fù)雜的一個(gè)回路，流程圖如圖2所示，控制框圖如圖3所 示。圖9入噴嘴水觥、氧氣及氮?dú)饬鞒虉D3.2.針對(duì)SHELL氣化爐的控制方案氧煤比控制系統(tǒng)粉煤流量的中值選擇一一粉煤流量的控制采用煤粉調(diào)節(jié)閥或改變發(fā)料罐壓力進(jìn)行控制，對(duì)粉煤 流量設(shè)計(jì)了中值選擇回路，將粉煤流量三選二后取中值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制發(fā)料罐的壓力或煤粉調(diào) 節(jié)閥的開度。氧氣流量的補(bǔ)償和純度校正一一入爐氧氣流量是影響氣化爐溫度的關(guān)鍵因素，氧氣流量的準(zhǔn)確 性尤為重要，設(shè)置了氧氣流量的溫度，壓力補(bǔ)償，補(bǔ)償計(jì)算得到的補(bǔ)償流量與氧氣純度進(jìn)行校正， 最終得到氧氣流量來進(jìn)行控制。氧煤比控制一一氧煤比控

5、制采用標(biāo)準(zhǔn)比例功能和內(nèi)部儀表的比例計(jì)算保證氧煤比的穩(wěn)定，氧煤 比給出值經(jīng)過乘法器計(jì)算氧氣流量OSP，作為氧氣回路的遠(yuǎn)程給定，取倒數(shù)后經(jīng)乘法器計(jì)算出粉 煤流量，作為煤粉單參數(shù)回路的遠(yuǎn)程給定，從而實(shí)現(xiàn)交互控制。煤粉流量發(fā)生變化，通過氧煤比自 動(dòng)控制，通過實(shí)測的煤粉流量計(jì)算氧氣流量，通過PID調(diào)節(jié)輸出值控制氧氣自調(diào)閥動(dòng)作。氧氣流量發(fā)生變化，通過氧煤比自動(dòng)控制，計(jì)算對(duì)應(yīng)煤粉量，通過PID調(diào)節(jié)后的輸出值控制煤 粉調(diào)節(jié)閥，使粉煤流量按氧煤比變化。氣化爐負(fù)荷控制氣化爐負(fù)荷控制由給出，為了防止氣化爐負(fù)荷過大，設(shè)置了速度限制器，將負(fù)荷的每分鐘變化 限制在一定的范圍內(nèi)。為防止氧氣過量設(shè)置高低選擇器，在粉煤回路上設(shè)

6、置高選器，將測量出的煤 粉量與負(fù)荷給定的煤粉量進(jìn)行比較，取高者作為煤粉回路的遠(yuǎn)程給定的最終值，在氧氣回路上設(shè)置 了低選器，將測量出的煤粉量與負(fù)荷給定的煤粉量進(jìn)行比較，將其低者作為氧氣回路的給定值。3.3.甲醇合成工序控制方案甲醇合成部分控制以簡單控制為主，包括馳放氣一次減壓后壓力、馳放氣二次減壓后壓力、出 工段副產(chǎn)中壓蒸汽壓、閃蒸槽液位調(diào)節(jié)、甲醇分離器液位、洗醇塔液位調(diào)節(jié)、洗醇塔底馳放氣手 動(dòng)、進(jìn)工段合成手動(dòng)遙控、出工段循環(huán)氣手動(dòng)遙控、粗甲醇緩沖槽液位調(diào)節(jié)、廢熱鍋爐出口轉(zhuǎn)化氣 溫度、鍋爐給水預(yù)熱器出口水、汽包操作壓力、升溫氣體壓力等。復(fù)雜回路控制主要有鍋爐液位三沖量控制。內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)的是進(jìn)鍋爐工段

7、給水流量，外環(huán)調(diào)節(jié)的是 汽包液位，前饋是出工段副產(chǎn)中壓蒸汽流量，如圖4所示。進(jìn)1一囁悟假水濟(jì)量對(duì)0帶仿瑚匚圈4汽包池位三沖量控制合成工段涉及的安全聯(lián)鎖是在汽包液位低低（小于規(guī)定值）時(shí)，聯(lián)鎖動(dòng)作，停原料氣壓縮機(jī)和 合成氣壓縮機(jī)，如圖5所示。，花1中可 L ： W乩侔聲土 或誨正當(dāng)點(diǎn)吊彩fl廿LTTMCiq TT4Sl.il-圖合成工段聯(lián)鎖囹4. DCS系統(tǒng)的選型與配置HC900是Honeywell公司在大型PKS DCS系統(tǒng)和小型控制器UMC800的基礎(chǔ)上推出的新 一代中小型混合控制系統(tǒng)。它不但繼承了 Honeywell大型DCS系統(tǒng)對(duì)模擬量卓越的處理能力， 還增強(qiáng)了對(duì)邏輯量的處理能力，兼?zhèn)淞藗?/p>

8、統(tǒng)DCS系統(tǒng)與PLC的綜合優(yōu)勢，非常適用于既有回路控 制又有大量開關(guān)控制及安全連鎖的生產(chǎn)裝置。開放的以太網(wǎng)連接允許各種HMI/SCADA軟件對(duì)系 統(tǒng)的訪問?；赪indows視窗的控制策略組態(tài)軟件，可以通過RS 232串口、以太網(wǎng)口甚至通過 Modem遠(yuǎn)程下裝程序，使用戶的組態(tài)工作更加輕松、容易。HC900還提供高級(jí)監(jiān)測功能、允許 在運(yùn)行模式下改變并下裝程序、可以從控制器上傳組態(tài)程序等等多項(xiàng)功能。4.1.系統(tǒng)的選型依據(jù)1）穩(wěn)定性HC900系統(tǒng)故障率低，穩(wěn)定性高，維護(hù)量少，為生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定生運(yùn)行提供了保證。2）擴(kuò)展性HC900具有較好的擴(kuò)展性，便于以后生產(chǎn)擴(kuò)大帶來的系統(tǒng)擴(kuò)容。只需要增加IO模

9、塊，在甲醇 控制室增加操作站，大大減少了擴(kuò)展系統(tǒng)的投資。3）冗余性HC900具有很好的冗余功能，可以實(shí)現(xiàn)處理器冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余和電源冗余?？梢詽M足甲醇生產(chǎn) 過程中的各種冗余要求。4）先進(jìn)性應(yīng)具有高性能的回路處理能力，高速邏輯控制，具備快速的掃描刷新時(shí)間周期；具備設(shè)定點(diǎn)程序控制、順序控制、時(shí)序控制能力、碳電勢和RH值控制；具備PID回路自整定 和模糊控制能力；無需開發(fā)就能快速地生成各種特殊特定控制模型，從而滿足用戶特別的生產(chǎn) 控制需求。特別適合甲醇化工的批量過程控制；滿足各種現(xiàn)場信號(hào)要求的模擬量輸入輸出模件和開關(guān)量輸入輸出模件，獨(dú)有的通用模擬量輸入 模件，可以在一個(gè)模件中混合使用各種輸入信號(hào)包括電流信號(hào)，電壓信號(hào)，熱電偶，電阻信號(hào)等；5. DCS系統(tǒng)的配套實(shí)施要重視檢測儀表的選型和應(yīng)用，檢測儀表是化工自動(dòng)化的基礎(chǔ)，它的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系 到