DCS系统在制氧厂应用实例

DCS系统在制氧厂应用实例———工艺流程前言：随着电子技术的不断创新，计算机技术飞速发展,空分工艺技术更是突飞猛进,随着大型制氧机组的出现对制氧机的工艺参数控制要求更加精细化、而电器、仪表和工艺设备的连锁也更加复杂。因此,传统仪表控制方法已无法满足现在空分系统过程高自动化水准控制的要求。而DCS控制系统既沿袭了传统仪表的优点,又将飞速发展的计算机控制技术融入其中,做到了数据集中运算参数集中管理,仪表设备和执行机构分散控制(Distributedcontrolsystem)。因此DCS控制系统已成为现代制氧机工程中自动化控制系统的首选方案。DCS技术也在不断变化和创新。浙大中控有限公司的控制技术在天丰钢铁氧气厂中得到了运用。公司简介：本公司属天津友发集团、(天丰钢铁有限公司)年产能钢坯200万吨，年生产总值64亿元。氧气是炼钢吹炼必不可少的辅助能源，本公司有三套制氧设备1#空分6000m3/h制氧机组，（2#；3#空分）两套10000m3/h空分装置及其共用的公辅系统组成。1#空分装置控制系统采用国产浙大中控公司的控制系统是JX-300X系统。2#；3#空分装置控制系统采用国产浙大中控有限公司的升级过程控制系统JX-300XP。三套装置的工艺设备基本相同都是用于完成从空压机、空气分离系统(包括空气预冷、分子筛系统、空分塔、氩塔等)、氧气压缩、氮气压缩机、液体储存、气化等全过程的数据采集、设备（执行机构，电器仪表设备等）控制、逻辑控制、联锁、上至管理网等功能，实现各个生产流程的监视控制。老系统简述：1#空分设备由开元空分有限公司成套供应,其控制系统是JX-300X系统、软件—Advantrol3.16。1#空分设备DCS系统共配备两台主控室操作站,供操作员监视现场的工艺参数及调节状态,也可通过AO.DO模块实现对现场阀门的开关、设备的启停,还可以查看某些参数的历史趋势图形、报警信息等;控室内设1台非独立的工程师站,主要用于计算机工程师进行系统组态和参数的浏览及修改。浙大中控JX-300XP：2#、3#制氧机装置DCS控制系统JX-300XP、软件－－Advantrol_PRO2.5。系统所控制的范围,包括循环水系统、仪表空压机系统、原料空气过滤系统、空压机系统、空气预冷系统、冷冻机组、分子筛纯化系统、增压机系统、膨胀机系统、精馏塔系统、氮压机系统、氧压机系统、贮槽及加压汽化系统、调压站系统及液体产品加压汽化充瓶系统。整个空分设备全部由DCS系统控制,完全实现了中央控制室的集中控制,尤其是在几台进口压缩机组的控制方面,达到了良好的效果。控制方案非常成熟，得到了很好的验证，所有的高压电机（10000VAC)都实现了中央控制室启动和连锁停机。系统能完全满足控制系统的设计要求,DCS系统运行稳定、可靠。软件系统概述：AdvanTrol-Pro软件包是基于Windows2000操作系统的自动控制应用软件平台，在SUPCONWebField系列集散控制系统中完成系统组态、数据服务和实时监控功能。Advantrol_PRO2.5操作非常简单可以说是专为国人设计的，新手很快就能入门、内部组态非常人性化简单、快速。软件内有说明书分为两部分：系统使用说明书和在线帮助。系统使用说明书按控制系统组态工作流程介绍软件包中各软件的主要功能、使用方法及相互间关系。方便于工程师掌握控制系统的组态工作流程和各软件的基本使用方法。使用说明书虽然是按各个章节来写，但各章之间存在一定的联系。在线帮助链接在各软件的帮助菜单中，详细介绍软件的工作界面、菜单和对象画面等的功能以及一些具体功能的操作方法和举例等，能快速查找指定功能的操作方法。AdvanTrol-Pro软件包可分成两大部分;一部分为系统组态软件:用户授权管理软件SCReg、系统组态软件SCKey、图形化编程软件SCControl、语言编程软件SCLang、流程图制作软件SCDrawEx、报表制作软件SCFormEx、二次计算组态软件SCTask、ModBus协议外部数据组态软件AdvMBLink另一部分为系统运行监控软件：实时监控软件AdvanTrol、数据服务软件AdvRTDC、数据通信软件AdvLink、报警记录软件AdvHisAlmSvr、趋势记录软件AdvHisTrdSvr、ModBus数据连接软件AdvMBLink、OPC数据通信软件AdvOPCLink、OPC服务器软件AdvOPCServer、网络管理和实时数据传输软件AdvOPNet、历史数据传输软件AdvOPNetHis详细介绍网址：=1硬件系统主要设备：一，控制站CS（一台机组一套一台机组一套只介绍其中一个站）；它是硬件系统中直接与现场设备打交道的I/O处理单元，通过不同的硬件设置和软件设置，可构成不同功能的控制站，如过程控制站PCS，逻辑控制站LCS，数据采集站DAS。站内组件－－-1.主控卡XP243两块互为冗余、2.电源XP215-1八块、3.数据收发卡XP233十二块、4.电阻信号输入卡XP316三十六、5.电流信号输入卡XP313三十八块、6.电流信号输出卡XP322十六块、7.开关量输入卡XP363十块、8.开关量输出卡XP362十块、9.交换机D-Link(DES-1016R+)两台互为冗余、10.UPS电源5KVA一套、二，操作员站OS；三台操作员站用于实现工艺过程监视、操作、记录等功能、并配有操作员专用键盘。三，工程师站ES;用于控制应用软件组态、系统监视、系统维护。四，工程师站和操作员站都配有加密狗。五，报警音响；三个音响用于工艺参数超标报警。工艺流程简介一：本装置采用分子筛净化空气的带增压膨胀机、上塔采用填料塔、全精馏制氧、外压缩流程；二：原料空气在经过过滤器后除去了灰尘和机械杂质后，进入空气透平压缩机，将空气压缩到约0.6MPa，然后送入空气冷却塔进行清洗和预冷。空气从空气冷却塔的下部进入，从顶部出来。空气冷却塔的给水分为两段，冷却塔的下段使用经过用户水处理系统冷却过的循环水，而冷却塔的上段则使用经氮-水冷却塔冷却后的低温水，从而使空气冷却塔出口空气温度达到15℃。空气冷却塔顶部设有丝网除雾器，以除去空气中的机械水滴。三：出空冷塔的空气进入交替使用的分子筛吸附器。在那里原料空气中的水份、CO2、C2H2等不纯物质被分子筛吸附。四：净化后的加工空气分为两股，一股进入主换热器E1，与返流的部分污氮气和低压氮气产品换热后进入下塔进行精馏。另一股经空气增压机一级压缩后再分为两股，一股相当于膨胀量的空气经增压膨胀机的增压端增压后再经气体冷却器冷却，进入主换热器，从主换热器中部抽出，进入膨胀机，膨胀后进入下塔进行精馏。另一股气体经空气增压机二级压缩，再进入主换热器冷却。五：接近液化温度后送入精馏塔的下塔，将下塔底部得到的含氧38～40％的富氧液空节流后送入上塔，作为上塔的一部分回流液与上升气体接触传热，部分富氧液空汽化。空气经下塔初步精馏后，在下塔底部获得液空，在下塔顶部获得纯液氮。六：空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过一块塔板，气相中的氮纯度就提高一次，当气体到达下塔顶部时，绝大部分氧已被冷凝到液体中，当液体到达上塔底部时就可得到99.6的液氧。使气相中的氮纯度达到99.99％。一部分氮气进入冷凝蒸发器中，冷凝成液氮．作为下塔回流液。同时上塔底部的液氧汽化，作为上塔的上升气体，参与上塔的精馏。七：从下塔中部抽取一定量的氮馏份送入粗氩塔，粗氩塔在结构上分两段，第二段氩塔底部的回流液经液体泵送入第一段顶部作为回流液，经粗氩塔精馏得到98.5%Ar，2ppmO2的粗氩，经液化器液化后送入精氩塔中部，经精氩塔精馏在精氩塔底部得到纯度为99.9997%Ar的一部分精液氮作为产品抽出送入贮槽。八：从附塔顶部抽出纯氮气，行经过冷器、主换热器复热后出冷箱供其它厂区使用。九：从上塔顶部引出污氮气，行经过冷器、主换热器复热后出冷箱，然后进入电加热器作为分子筛再生气体，多余气体送水冷塔或放空。从上塔下部得到的纯氧出来后再与空气进行换热后气化，通过氧压机送炼钢、炼铁其它厂区使用。空分工艺控制系统循环水在空分装置内主要对两大部分进行换热降温;一、工艺设备保护降温：风机等等……这些设备，风机如果长时间高负荷运行温度就会升高直至烧毁，而根据电机功率的大小采用降温的方式也不同，小功率的一般采用自冷和风冷，而大功率电机就要采取水冷却。而空分设备的大功率电机有空压机、氧压机、氮压机、都要使用循环水来降温,确保设备正常稳定工作。二、工艺介质降温：当介质温度达不到工艺要求的温度时，就要通过循环水来降温介质温度，循环水自身降温采用的是凉水塔风冷散热，循环水的温度和环境温度相近，对于空分装置来说循环水换热降温只是初步降温。要想深度降温，循环水就要通过费氮、冷冻机来获得更低的温度。空压机的的电机是高压异步电动机、制造厂商：上海电气、型号：800Y83107、功率：5400KW、电压：10000V。一套装置有一台空压机，进气压力是-10KPa,出口压力是0.65MPa，流量是28000m3/h。空气经过空气净化过滤器除去空气中所含的粉尘后进入空压机一级压缩，根据能量转换和守恒定律可知,空气在空压机内压力增大而体积变小,空气的能量(焓值)一定要增大,即出口空气的温度要升高，空气通过压缩温度会升高，所以要经过换热器降温，防止空气温度过高烧毁风机轴瓦。空压机为四级压缩，达到工艺需要的压力后去预冷系统。1、空压机连锁停机的条件（OR或的关系即：有一个条件满足便发出指令）2、SV1015放空阀的连锁放空条件3、启动空压机所必须具备的条件（AND与的关系即：当所有条件都满足时才允许发出指令）4、空压机２台油泵的自动切换：空压机润滑油系统共有２台油泵，互为备用。#1油泵先启，当润滑油压力低时，系统自动启动#2油泵，当润滑油压力正常时停#1油泵，对其进行检修。如#2油泵先启，当润滑油压力低时，系统自动启动#1油泵，当润滑油压力正常时停#2油泵。这样做到“先启先停，不分主备”，提高设备利用率，同时安全可靠。来自空压机的空气在预冷系统，经过两级换热，一级是与循环水换热，二级是循环水先与来自分馏塔的费氮气换热降温在通过冷冻机二次降温，然后和空气换热降温，塔顶出来的冷空气进入下一道工艺纯化系统。换热方式分为三种：1、热交换，2、热辐射，3、热对流。预冷系统采用的是热对流，也就是说介质与介质直接交叉换热，这种换热应方式在不改变其物理特性的情况下有两种：一、相同的介质换热，二、两种不同的介质换热，但是两种介质必须是不同的相态。本套制氧机分子筛纯化系统采用卧式双层床结构的纯化器，采用吸附法净化过滤空气中的水分、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。吸附法就是用活性氧化铝、分子筛等吸附剂在常温下将空气中所含的水分、二氧化碳等吸附质吸附，加热再生时利用吸附剂高温下吸附容量减小的特性，在把吸附质解吸出来，从而达到连续净化空气的目的。在分子筛纯化器切换控制中，主要控制分子筛在再生过程中的阀门切换。分子筛再生过程共分五个步骤，他们是卸压、加热、冷却、升压和切换。卸压：分子筛纯化器在较高工作压力下完成工作，而在较低的的压力下进行脱附再生。在纯化器由吸附转为再生时，首先将纯化器内的压力降下来。此时缓慢打开纯化器旁通阀对纯化器卸压。纯化器出口压力小于0.01MPa方可进入加热阶段，如卸压时间走完，纯化器出口压力仍大于0.01MPa，程序暂停。加热：加热阶段开始后，经再生电加热器加热过的高温污氮气通过分子筛床层，对其