智能無線技術在催化劑轉爐溫度監測中的應用

1. 中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司及催化劑廠

中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司是集煉油、化工和化肥生產為一體的的大型石化企業，是中國西部地區最大的石化企業。公司擁有原油一次加工能力1050萬噸/年。并具備相配套的二次加工能力，能生產汽油、柴油、煤油、潤滑油、催化劑、合成橡膠等400余種石化產品，是我國生產石化產品品種比較齊全的企業之一。

中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司催化劑廠建廠于1964年，位于黃河之濱、古絲綢之路重鎮——甘肅省蘭州市。是我國專門從事石油裂化催化劑工業開發生產的基地，是國內三大催化裂化催化劑生產基地之一，被譽為“石油裂化催化劑的搖籃”。主流產品年生產能力達到50000噸，是中國石油目前唯一的催化裂化催化劑生產基地

2. 催化劑轉爐的溫度監測

催化劑轉爐是催化劑生產過程中的關鍵設備。蘭州石化分公司催化劑廠的催化劑轉爐的長度為30米，運行溫度1000攝氏度，轉速為4~5轉/分鐘，控制系統采用的是和利時的PLC，每臺設備有4個溫度測點。在催化劑的生產過程中要隨時對溫度進行監測，以保證轉爐的正常運轉和全裝置的安全平穩運行，同時轉爐的溫度直接影響到產品的質量和生產過程中的能耗，因此準確、可靠的測量轉爐的溫度十分重要。傳統上催化劑轉爐的溫度監測采用滑環測溫的方式來測量溫度，如圖1所示。

圖1 催化劑轉爐的滑環測溫

催化劑轉爐的滑環式測溫屬于直接測量，利用熱電偶測量轉爐的溫度。采用滑環測溫時，熱電偶的兩端分別連接在兩個滑環上，每個滑環分別與一個碳刷聯接，碳刷固定在一根連桿上，通過導線與溫度變送器連接。同時滑環測溫的缺點也十分明顯，主要有：
1、由于滑環失圓和轉爐的振動，碳刷會高頻率地跳躍，導致信號傳導不連續，造成信號丟失。
2、滑環所在的環境溫度很高，會造成滑環繡蝕，同時粉塵會在碳刷和滑環之間造成絕緣阻隔，導致信號失真。
3、熱電偶測量為毫伏信號，易受到干擾，影響測量精度。
4、由于滑環的機械結構，導致維護量較大，維護費用高。
由于滑環測溫存在上述的缺點，無法及時、準確、可靠的測量溫度，而溫度的失真會影響產品的質量并增加裝置的能耗。隨著催化劑廠對產品質量和能耗的要求日益提高，在不對轉爐進行大規模改造的前提下，尋求一種能夠準確可靠的測量催化劑轉爐的新方法成為一種切實的需求。

3. 艾默生智能無線技術解決方案

為了能夠及時準確地測量催化劑轉爐的溫度，提高產品的質量穩定性和降低能耗，蘭州石化催化劑廠對包括滑環測溫、紅外線成像、無線測溫等方案進行了對比，綜合各個方案的特點，最后選取了艾默生公司的智能無線技術作為解決方案，對催化劑轉爐的測溫系統進行了改造，取得了很好的成果。該方案使用無線溫度變送器648直接與熱電偶連接，安裝在爐體上，無線溫度變送器648將采集到的信號無線傳輸到無線智能網關1420，網關1420由EtherNet 連接，以OPC協議與和利時PLC系統通訊。現場安裝圖如圖2所示。

圖2 艾默生智能無線測溫方案安裝示意圖

3.1 艾默生智能無線方案的優勢

艾默生智能無線方案的優勢

1、采用與有線變送器相同的檢測元件，保證工藝數據來源可靠。
2、無線網關主動搜索并自動調整無線網絡以適應無線設備的增加或減少，同時網關可管理并選擇數據傳輸的路徑，采用時間同步技術，以此保證數據傳輸實時可靠。
3、上位機組態方便，無專用軟件，IE瀏覽器組態界面友好，人機交互性強，支持多種通訊協議。
4、無線網絡安裝方便，從安裝無線儀表到讀取數據只用3個小時。
5、無需敷設電纜和橋架，節省安裝成本。
6、無線設備具有自診斷功能，可以同時檢測電池電量和環境溫度。

3.1. 艾默生智能無線系統的架構和主要設備特點

3.1.1. 系統架構

無線控制系統一般由各類工況監測無線變送器、無線網關、裝有IE瀏覽器的PC機組成。其結構如下圖所示：

圖3 艾默生無線解決方案結構

3.1.2. 艾默生智能無線網關1420的功能和特點

無線網關在無線控制系統中起到中間轉換的作用，它是連接現場設備和控制系統的橋梁，實現網絡管理、數據管理和設備管理的三大功能。首先網關要管理其轄區內的無線設備，根據其位置分布自動建立通訊網絡，保證各個被檢測的工藝參數準確可靠的傳輸到網關，一旦網絡建立，即利用標準接口和支持相應的通訊協議將收集到的工藝數據和設備狀態數據送入控制系統內，以實現對現場設備及工藝數據的監控。網關和上位機通信時，支持ModubusRS-485、ModbusTCP/IP及EtherNet OPC的通訊協議，與DCS、PLC或SCADA系統無縫連接；

下圖為艾默生智能無線網關1420的外觀照片：

圖4 艾默生智能無線網關1420

3.1.3. 無線溫度變送器

智能無線溫度變送器Rosemount648，其主要性能和特點與有線儀表相同，只是其信號輸出采用支持WirelessHART協議的無線輸出，采用智能電源模塊供電。下圖為Rosemount智能無線溫度變送器648的外觀照片：

圖5 Rosemount 648無線溫度變送器

4. 應用體會

催化劑轉爐作為催化劑生產過程中的關鍵設備，其溫度監測非常重要，無線儀表相對于傳統的滑環式溫度測量方式，安裝簡單，調試方便，數據傳輸穩定，參數準確，解決了從滑環連線易損壞的問題。和使用有線儀表相比，維護的工作量大大降低。無線溫度變送器648和無線網關的抗干擾能力強，即使在振動噪音較大，溫度很高的環境中，運行穩定，傳輸的數據準確可靠。使用智能無線設備，解決了轉爐溫度監測的難題，為企業提高產品質量、降低能耗提供了有效的技術支持。

關于艾默生過程管理

艾默生過程管理（www.emersonprocess.cn）是艾默生業務的一部分，其在幫助各行業實現生產、過程控制及輸配自動化等領域中，始終居于領先地位，并廣泛服務于化工、石油和天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、水和廢水處理、冶金和礦業，食品和飲料、生命科學及其它行業。公司將先進的產品和技術與具有行業特點的工程、咨詢、項目管理和維護服務相結合。艾默生旗下的品牌包括PlantWeb??, Syncade??, DeltaV??, Fisher??, Micro Motion??, Rosemount??, Daniel??, Ovation??, Bettis??, EIM, 和 AMS Suite.

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