大型煤制乙二醇項目自控設計與應用

第22卷第5期儀器儀表用戶(hù)eIc Vol 222015年10月INSTRUMENTATION2015No.5大型煤制乙二醇項目自控設計與應用張振基,馬勇(黔希煤化工投資有限責任公司,貴州黔西551500)摘要:在石油、化工、冶金、電力、輕工和建材等工業(yè)生產(chǎn)中,生產(chǎn)過(guò)程的主要參數有溫度、壓力、流量、液位、分析等,通過(guò)對這些過(guò)程參數的自動(dòng)控制,可使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高、能耗減少和生產(chǎn)效率的提高,同時(shí)能保證裝置的安全生產(chǎn)和運行。因此,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩定、降低消耗、降低成本、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段,儀表合理設計與應用是保證生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的前提,是裝置穩定運行的保障。關(guān)鍵詞:煤化工;裝置;乙二醇;設計選型中圖分類(lèi)號:TH文獻標識碼:A文章編號:1671-1041(2015)05-0081-03Design and Application of Instrument Design for Large-ScaleCoal to Ethylene glycolZhang Zhenji, Ma YongQianxi Coal Chemical Investment Co. Ltd Qianxi, 551500, ChinaAbstract: In those industrial production such as the petroleum, chemical, metallurgy, electric power, light industry and buildingmaterials, the main parameters of the production process are temperature, pressure, flow, liquid level, analysis, etc, Through theautomatic control of these process parameters to increase production, improve quality, reduce energy consumption and improveproduction efficiency and guarantee the safety of production and operation. Therefore, production process automation is animportant means to maintain production stability, reduce consumption, reduce costs, improve labor conditions, promote civilizedproduction, ensure production safety and improve labor productivity. The reasonable design and application of instrument is notonly the premise to guarantee the production process automation, but also the safeguard for the stable operation of the plantKey words: coal chemical industry:; plant; ethylene glycol; design and selection貴州某30萬(wàn)噸/年乙二醇項目是一個(gè)大型煤化工項目,1項目概述以煤制合成氣為原料生產(chǎn)乙二醇。原煤氣化后產(chǎn)生粗合成氣,經(jīng)二段耐硫寬溫變換、低溫甲醇洗后,脫除的酸性氣項目所處地位于貴州西北部,屬中亞熱帶溫暖濕潤氣體采用WSA工藝生產(chǎn)硫酸,凈化后的合成氣經(jīng)H2CO分離候區,最低溫度-10.4℃,最高溫度35.4℃,年平均相對濕單元分離出純H2和CO,CO氣去草酸二甲酯裝置合成草酸度82%,海拔較高,大氣壓8.73kPa甲酯,然后草酸二甲酯再去乙二醇合成單元與H2反應生本項目以煤制合成氣為原料生產(chǎn)乙二醇。項目主要包成粗乙二醇,粗乙二醇經(jīng)精餾后得到精乙二醇產(chǎn)品。在工括氣化裝置、凈化裝置、H2/CO分離裝置、草酸二甲酯裝置藝裝置中,自控儀表是裝置的重要組成部分,性能良好的乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區、空分裝置、火炬、熱電裝置、公自控儀表對于裝置的穩定運行具有非常重要的作用。自控用系統以及配套的公用工程儀表主要分為兩部分,現場(chǎng)儀表和控制系統?，F場(chǎng)儀表包本項日生產(chǎn)裝置工藝流程較長(cháng),采用的主要技術(shù)有括溫度儀表、壓力儀表、流量?jì)x表、液位儀表、分析儀表氣化采用航天爐的HT-L加壓粉煤氣化技術(shù),對煤種要求低控制閥等,控制系統主要包括DCS系統、S系統、CCS系轉化率高;采用部分耐硫變換工藝,調整合成氣的氫碳比;統。下面就整個(gè)項目的自控設計及應用做一個(gè)闡述采用低溫甲醇洗工藝脫硫脫碳及脫微量雜質(zhì),凈化合成氣中硫化氫和有機硫;采用WSA工藝制硫酸,流程成熟、簡(jiǎn)中國煤化工收稿日期:2015-08-28作者簡(jiǎn)介:張振基(1960-),男,大學(xué),高級工程師,從事CNMHG儀器儀表用戶(hù) INSTRUMENTATION第22卷單,硫回收率較高,運行成本低,尾氣可達標排放;合成角度,控制器按每套鍋爐及汽機相對獨立設置。氣中甲烷含量低的特點(diǎn),采用低溫CO冷箱+PSA流程,產(chǎn)在H/CO分離裝置、草酸二甲酯裝置旁邊設立就地就出高濃度的CO和H2;采用高化學(xué)技術(shù)一氧化偶聯(lián)法地機柜間,信號按就近原則進(jìn)就地機柜間,操作按裝置要醇生產(chǎn)工藝,通過(guò)羰化、加氫兩個(gè)步驟,使合成氣經(jīng)求分別在氣化控制室和乙二醇控制室甲酯得到乙二醇產(chǎn)品。水處理裝置按就近原則設立水處理控制室。本項目部分裝置內介質(zhì)為易燃、易爆,大部分防爆區根據裝置的可靠性、穩定性要求,主裝置包括氣化裝置域為2區。其中熱電裝置煤輸送和氣化裝置煤儲運為粉塵凈化裝置、H/CO分離裝置、空分裝置、草酸二甲酯裝置防爆21區。乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區、熱電裝置采用進(jìn)口產(chǎn)品,水處理采用國產(chǎn)產(chǎn)品。2自控設計原則32SS系統根據化工裝置規模、產(chǎn)品類(lèi)型及與業(yè)主之間的技術(shù)交SIS(Safety Instrumented System)具有高度安全性和可靠流,本項目自控設計原則如下性,獨立于DCS之外的安全系統,具有實(shí)現裝置緊急停車(chē)采用分散型控制系統DCS對本設計范圍內的生產(chǎn)裝置和安全聯(lián)鎖所必需的基本功能?chē)?。根據工藝裝置的安全完實(shí)施過(guò)程檢測、數據處理、過(guò)程控制、能量平衡核算、計整性等級要求,SS設置如下量管理、用電設備狀態(tài)顯示等,以提高全廠(chǎng)自動(dòng)化水平、氣化裝置、凈化裝置SIS設置在氣化控制室內。氣化減輕勞動(dòng)強度,降低生產(chǎn)成本裝置有900點(diǎn)左右,凈化裝置(包括凈化、公用系統、氨根據工藝裝置的安全完整性等級要求,采用安全儀表罐區)有110點(diǎn)左右,控制器按各裝置相對獨立設置系統SS對裝置的設備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全聯(lián)鎖保護,實(shí)乙二醇裝置SS設置在乙二醇控制室內,有100點(diǎn)左右現生產(chǎn)安全、穩定、長(cháng)期高效運行,保證人員和生產(chǎn)設備熱電裝置有160點(diǎn)左右的安全、增強環(huán)境保護能力等。在HCO分離裝置、草酸二甲酯裝置旁邊設立就地就裝置中壓縮機組采用機組專(zhuān)用控制系統完成裝置壓縮地機柜間,信號按就近原則進(jìn)就地機柜間。H,CO分離裝機機組的控制和安全聯(lián)鎖,實(shí)現生產(chǎn)安全、穩定、長(cháng)期高置有200點(diǎn)左右,草酸二甲酯裝置有1000點(diǎn)左右,控制器效運行,保證有關(guān)生產(chǎn)人員的安全、生產(chǎn)設備的壽命等按各裝置相對獨立設置?，F場(chǎng)儀表本著(zhù)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維修方便和經(jīng)濟為了保證裝置的安全聯(lián)鎖和生產(chǎn)安全運行,SIS采用進(jìn)合理的原則進(jìn)行設計。所選儀表選用全天候防護儀表,采口產(chǎn)品用電子式智能式,并符合所在區域防爆和防護要求3.3CCS系統3控制系統設計CCS( compressor control system)是一套以PLC為控制核心,用于機組邏輯順序控制,PID控制,實(shí)時(shí)數據處理本項目裝置組成較多,各裝置相互之間的聯(lián)系不多報警停機保護的自動(dòng)控制系統,可完成機組及其輔助系統因此控制室按氣化控制室、乙二醇控制室、鍋爐控制室、的控制。機組控制系統自成體系,獨立于DCS以外。水處理控制室、就地機柜間設置本項目壓縮機組數量較多,透平驅動(dòng)離心壓縮機組的3.1DCS系統有氨冰機、CO2壓縮機組、CO壓縮機組、尾氣壓縮機組DCs( Distributed Control System)具有過(guò)程控制(連續電機驅動(dòng)的離心壓縮機組有4套CO壓縮機組、兩套H2壓控制和離散控制)、操作、顯示記錄、報警、制表打印、縮機組。其中電機電機驅動(dòng)的4套CO壓縮機組每?jì)商讬C信息管理、系統組態(tài)以及自診斷等基本功能2。根據裝組采用一套機組控制系統,兩套H,壓縮機組共用一套機組置組成及控制室布置,DCS設置如下控制系統,其它機組均采用獨立的機組控制系統。壓縮機氣化裝置、凈化裝置、H/CO分離裝置檢測和控制在組采用專(zhuān)用的機組控制系統,能保證機組安全穩定運氣化控制室內,空分裝置離氣化控制室較近,因此檢測和機組控制系統均采用進(jìn)口產(chǎn)品控制也在氣化控制室內。氣化裝置3套氣化樓有5700點(diǎn)左右,凈化裝置1100點(diǎn)左右,H2CO分離裝置600點(diǎn)左右4現場(chǎng)儀表設計空分裝置800點(diǎn)左右。根據裝置操作要求,各裝置控制器根據工藝參數要求、安全可靠、維修方便、經(jīng)濟合理相對獨立設置。性原則,并盡量考慮全廠(chǎng)統一性,同時(shí)考慮現場(chǎng)儀表的防草酸二甲酯裝置、乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區監控在乙二爆要求,現場(chǎng)遠傳儀表一般選用電子式智能儀表。醇控制室,草酸二甲酯裝置2200點(diǎn)左右,乙二醇裝置和產(chǎn)41溫度儀表品罐區1300點(diǎn)左右,控制器按各裝置相對獨立設置。測量溫度在熱電裝置包括鍋爐和汽機,操作監控在熱電控制室內,中國煤化工鎧裝熱電阻(Pt00;測量溫度鍋爐3套共3000點(diǎn)左右,汽機400點(diǎn)左右,從操作和維護HCNMHG用鎧裝熱電偶。測溫元件均帶溫度盡量米用法蘭連接,溫度第5期張振基·大型煤制乙二醇項目自控設計與應用計套管的材質(zhì)一般采用304不銹鋼,對高溫、高壓管道采產(chǎn)品,以確保測量準確可靠用特種鋼的,套管材質(zhì)不低于管道材質(zhì)。就地溫度指示采DMO脫輕塔回流罐輕組分DMC(液體)含量組分分析用抽芯式、萬(wàn)向型雙金屬溫度計。草酸二甲酯反應器上測采用色譜分析儀,液體進(jìn)樣須確保所有組分氣化后進(jìn)入色溫采用單支4點(diǎn)熱電偶,采用Φ5的鎧裝芯外徑,安裝在譜柱,同時(shí)需考慮介質(zhì)組分中MN在加熱氣化的過(guò)程中易設備自帶的密封套管。氧氣混合器出口管道表面溫度測量分解產(chǎn)生爆炸物,需選用有應用業(yè)績(jì)廠(chǎng)商選用抱箍式表面熱電阻。鍋爐排煙管道上氧含量測量采用直插式氧化鋯分析儀42壓力儀表H2CO裝置中露點(diǎn)分析儀采用氧化鋁探頭,滿(mǎn)足±2℃般情況下,采用壓力(差壓)變送器;另根據介質(zhì)粘堵、精度和63%響應時(shí)間小于5的技術(shù)要求腐蝕等情況,分別選用遠傳式隔膜壓力(差壓)變送器5煙氣排放連續監測系統(CEMS)包含多組分一體化設毛細管填充液根據環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度選擇,高溫介質(zhì)毛計的氣體分析儀(含非色散紅外吸收法SO2、NOX分析及細管的填充液需。對氧氣介質(zhì)需考慮鹵代烴填充液,對硝電化學(xué)O2分析)后散式粉塵分析儀、煙氣參數測量系統(包酸介質(zhì)需考慮采用鉭膜片。DMO脫輕塔、DMC分離塔、甲含皮托管流速測量、溫度、壓力、濕度測量),需滿(mǎn)足國家醇脫水塔壓差采用電子遠傳式差壓變送器。環(huán)境保護總局標準《固定污染源煙氣排放連續監測系壓力表原則上選用不銹鋼彈簧管壓力表。另根據介質(zhì)統技術(shù)要求及檢測方法(試行)》HT76-200的技術(shù)要求粘堵、腐蝕等情況選用不銹鋼隔膜壓力表。泵出口選用耐分析系統提供網(wǎng)絡(luò )接入功能,向環(huán)保部門(mén)傳輸數據、圖表等震壓力表各種水質(zhì)分析儀有電導率分析儀、PH分析儀、余氯分43流量?jì)x表析儀、濁度分析儀、COD分析儀、NH3-N分析儀等。涉及量測量原則上選用法蘭取壓孔板配差壓變送器;到環(huán)保監測儀表符合環(huán)保相關(guān)標準規范要求。DN300以上管道的流量檢測選用節能型檢測元件巴類(lèi)流量4.6控制閥元件,DN50以下選用整體孔板;非關(guān)鍵場(chǎng)所,選用遠傳金原則上采用單座/套筒控制閥或蝶閥;蒸汽選用套筒閥;屬管轉子流量計;對于干凈介質(zhì)的氣體、蒸汽和液體采用有氣蝕可能的場(chǎng)合選用抗氣蝕闖噪音大時(shí),選用低噪音閥渦街流量計。關(guān)鍵場(chǎng)合的氣體測量要進(jìn)行溫壓補償。閥內組件至少為不銹鋼測量導電液體、臟污介質(zhì)、帶少量固體顆粒的介質(zhì)采用于放空場(chǎng)合的控制閥,其泄漏量等級不低于A(yíng)NSI用電磁流量計。Class vDMO等粘稠的、少量結晶介質(zhì)流量時(shí)采用靶式流量計用于連續控制的控制閥均配智能型電-氣閥門(mén)定位器。檢測生產(chǎn)污水出水流量采用巴歇爾槽帶超聲波探頭的斷閥一般選用球閥,對于大口徑管道可選用三偏心成品罐區裝車(chē)流量計采用科式力質(zhì)量流量計明渠流量計控制閥的所有附件,包括電氣閥門(mén)定位器、電磁閥就地流量指示原則上選用金屬管轉子流量計閥位開(kāi)關(guān)及過(guò)濾減壓器等均隨控制閥配套整體供貨98MPa高壓蒸汽的減溫減壓器采用一體式迷宮結構44物位儀表閥門(mén)全開(kāi)時(shí)間需滿(mǎn)足1s要求液位測量一般選用單法蘭或雙法蘭液位變送器,當液位小于1500mm且介質(zhì)潔凈不易粘堵時(shí),可HCO分離裝置程控閥采用進(jìn)口三偏心蝶閥,保證分液位計子篩切換安全穩定運行。對真空度較高場(chǎng)合盡量避免使用法蘭式液位變送器對草酸二甲酯反應器聯(lián)鎖切斷大蝶閥,需采用三偏心罐區液位測量采用雷達液位計蝶閥,采用彈回返回式單作用氣缸執行機構,如采用雙作氨罐液位測量采用電子遠傳式液位差壓變送器和伺服用需配帶儲氣罐,保證閥門(mén)在失氣狀態(tài)下能往返3個(gè)行液位計對H2介質(zhì)閥門(mén)閥桿密封需采用雙填料結構物位聯(lián)鎖選用浮筒式液位開(kāi)關(guān)、浮球液位開(kāi)關(guān),煤粉倉采用音叉液位開(kāi)關(guān)。4.5分析儀表本項目中DMO合成和乙二醇合成軟件包在國內投產(chǎn)項過(guò)程分析儀包含取樣處理系統和分析機柜,預處理組目較少,DMO、DMC、MN等物料特性數據不是很清楚,件包括取樣探頭、取樣處理單元、取樣管線(xiàn)、標定系統和儀表在設計選型上存在困難和風(fēng)險。乙二醇精餾單元中廢氣排放等。分析儀應設置在分析小屋內。分析小屋內應在操作狀況下真空度比較高,乙二醇的粘度較大,選用帶提供氣體監測報警系統以檢測可燃和有毒氣體的泄漏,必膜片壓力儀表的填充液需考慮操作工況。DMO在53℃下就要時(shí)還應設氧氣低報警系統。氣體分析采用紅外分析儀和凝固,儀表安裝需卡啦溫,名譜分析儀,色譜分析儀等液體進(jìn)樣目前國內中國煤化工MN測量采用紅外分析儀,按軟件包指定采購 HORIBACNMHG(下轉第45頁(yè))第5期郭環(huán)宇·發(fā)電廠(chǎng)UPS電源并聯(lián)冗余方案與工程實(shí)踐45表2第i個(gè)點(diǎn)的余差計算值3.2.3合成標準不確定度Table 2 I-th point calculation of residual value測試值y標準值y(a+bxsi(a+bxsi△)2()256+x6104.899x5.762+/25121092258.6252.833.1=0.034=3.4%263.410.6253.40.363.3相對擴展不確定度的評定根據JF1059.1-012技術(shù)規范,取置信概率944.6p=95%,包含因子k=2,則相對擴展不確定度U為9562983944.611.6134.9Una=k×u(△x)=2×349%=6.8%根據表1和2中的數據計算得出根據不確定度修約規則,取相對擴展不確定度Urel∑y-(a+bx7=7.94mg/4結束語(yǔ)99+251+983本文提出的計量性能指標是能夠確保儀器分析結果準444mg/kg確的最基本參數,儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家、使用單位、檢驗機構等可按照這些指標進(jìn)行計量校準與檢測,以保證測試項目和結果的一致性與準確性。線(xiàn)性誤差的大小可反映儀器性能∑(xn-x)2=1340385(mg/kg)的優(yōu)劣,本文以鉻元素測試為例,詳述了線(xiàn)性誤差測量結果的不確定度評定過(guò)程。需要特別指出的是,在評定線(xiàn)性誤差不確定度時(shí),一定要注意不確定度的單位與測試結果取x為251mgkg這一濃度點(diǎn),則回歸值x為2569的單位相一致參考文獻l張林艷,戴挺,能量色散射線(xiàn)熒光光譜儀的現狀.現代仁器,2008(5):50-53∑(xn-x)22]楊明太,唐慧.能量色散Ⅹ射線(xiàn)熒光光譜儀現狀及其發(fā)展趨勢核電子學(xué)與探測技術(shù),2011,31(12:13.2.2u(xs)分量3劉春,符斌.在RoHS檢測中大顯身手的能量色散X射線(xiàn)熒本實(shí)驗所用的標準物質(zhì),RoHS檢測X熒光分析用聚光光譜儀U中國儀器儀表,2009(1):59-63丙烯中鎘、鉻、汞、鉛成分分析標準物質(zhì)中的鉻元素,取JG810-1993,波長(cháng)色散X射線(xiàn)熒光光譜儀檢定規程(S]CNAS-GL06:2006,化學(xué)分析中不確定度的評估指南S其濃度為251mg/kg,其證書(shū)中給出的擴展不確定度為12阿6米娟層.一元線(xiàn)性回歸中的不確定度分析煤質(zhì)技術(shù)mg/kg(k=2),則鉻元素的標準不確定度為6mgkg。故2014.1):21-22團7JF10591-2012,測量不確定度評定與表示S(上接第83頁(yè))參考文獻3]中華人民共和國工業(yè)和信息化部,HG/T20573-2012分散型控制系統工程設計規范[S].北京:中國計劃出版社2012:1-44.]中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局,GB/T5077-2013石油化工安全儀表4國家石油和化學(xué)工業(yè)局,SH300-199油化工自動(dòng)化儀表系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社2012:1-60選型設計規范[出斯補1099:1-442]中華人民共和國工業(yè)和信息化部,SH/T3092-2013石油化5中華人民共和YHg中國煤化工2014自動(dòng)化分散控制系統設計規范[S]北京:中國石化出版社2014-1-8儀表選型設計規CNMHG2014:109