36•52•10合成氨尿素甲醇裝置過
1.前言
中型合成氨工藝特點是工藝流程長,各工段獨立但卻相互關聯,生產原料以煤為主,一般都包括造氣、脫硫、變換、變脫、脫碳、精煉(或雙甲)、合成、提氫、壓縮、氨庫、冷凍、精甲醇等工段。各工段還有不同的工藝選擇,如:造氣有傳統的間歇式造氣;德士古水煤漿氣化;粉煤直接氣化三種工藝。脫硫有干法脫硫和濕法脫硫兩種。脫碳有NHD濕法和PSA變壓吸附干法兩種。變換有中串低變換和換熱式全低變耐硫低溫變換兩種。精煉有傳統的銅洗法和雙甲工藝法兩種。合成塔工藝方式較多,主要有三段冷激式、徑向換熱、軸向換熱、中心管換熱等。提氫有PSA變壓吸附和膜分離法兩種。針對上述不同的工藝工藝,控制方案也要不同的方法,下面針對不同工藝分別說明。根據和利時長期的控制經驗,造氣專業性很強,需專門著文進行論述,這里就不多說了。變壓吸附PSA工藝也很特殊,也需專文闡述。脫硫,變脫工藝簡單,常規的單回路控制即可滿足要求,壓縮、氨庫、冷凍只有測量點假少量安全聯鎖,也比較簡單也不用闡述,重點說明下列工段的控制。
2.造氣工藝介紹
目前固定床常用氣化爐間歇制氣在國內仍處于主導地位,而更為先進的水煤漿氣化技術與粉煤直接氣化流化床氣化技術已開始在行業中得到推廣與認可,并在其技術國產化方面取得了較快的發展,造氣裝置已經出現由間歇過程向連續過程轉變的趨勢。
煤造氣通常有三種方法,固定床常用氣化爐有UG.I爐,屬于間歇制氣、德士古水煤漿氣化(濕法氣流床氣化\高溫加壓氣化)、粉煤直接氣化;
在粉煤直接氣化中,主要包括氣流床與流化床工藝。其中,氣流床有SHELL加壓氣化及PrenfloGSP(高溫加壓氣化)二種工藝;流化床工藝則包括溫克勒、灰熔聚流化床、恩德爐、U-Gas氣化爐、循環流化床(陜西聯合中西部煤氣工程技術中心)(常壓氣化)等工藝。
2.1恩德爐生產工藝簡介
►技術系列化:單爐生產能力有:5000立方米/時、10000立方米/時 20000立方米/時、40000立方米/時。
►凈化簡單:煤氣中不含焦油及油渣,凈化系統簡單、污染少;
►操作彈性大:氣化爐生產負荷可在設計負荷40%~110%范圍內調節。
►開停爐方便:對于工業燃氣的生產組織和調度創造了條件;
►運轉率高:由于取消了爐篦,氣化爐沒有傳動部分和易損件,故不需太多的維修即可獲得較高連續運轉率,一般可達90%以上;
►氣化效率高:氣化強度大:恩德粉煤氣化爐的氣化效率達76%。
►投資小:設備已完全實現了國產化,恩德粉煤氣化爐投資僅為引進氣化爐的30%~50%。
►生產成本低:氣化一般原料煤的成本占煤氣生產成本的40%~50%。
►煤種要求低:可以使用高灰份的劣質粉煤,使煤源得到很大拓展,可適用于褐煤、長焰煤、不黏或弱黏結煤;
2.2控制難點
保持一個較高的轉化率是非常重要的,過量的富氧必然造成有效成份的消耗,過低的富氧會造成較低的煤轉化率,水碳比、氧碳比控制在合理的范圍內非常關鍵,但因煤的質量波動、負荷的波動都會對系統的平衡產生影響。
系統想要在高負荷下運行,就必須解決循環流化床所特有的高溫結焦問題。
2.3控制策略
►富氧流量及控制系統的故障檢測、比對,報警與自動處理
►負荷、爐溫多參數結合的水碳比、氧碳比控制
►專有循環流化床負荷與爐溫協調防結焦優化控制軟件包。
2.4氣化爐聯鎖控制
►氧量過高必須緊急停車,廢鍋壓力高、液位低等
►煤斗、煤鎖變壓加料操作及防止誤操作程控與聯鎖
►灰斗、灰鎖變壓加料操作及防止誤操作程控與聯鎖
►加煤機的斷料、廢熱鍋爐汽包液位超高聯鎖停車加料啟動聯鎖
3.變換工段飽和塔出口氣體溫度控制方案介紹
3.1飽和塔工藝流程簡介:
半水煤氣進入飽和塔,與高溫循環水逆流接觸。半水煤氣被循環水飽和而富含水蒸汽。控制的目的是在工藝允許的前提下,盡量提高出飽和塔的水煤氣的溫度,使其中水蒸汽的含量最高。變換基本反應為:半水煤氣中的一氧化碳與水蒸氣反應生成氫氣和二氧化碳,反應放熱。
當循環水量過小時,循環水在系統(經第一水加熱器、第一、第二調溫水加熱器)循環中能獲得較高的溫升,但水容量畢竟偏小,所回收的熱量滿足不了混合煤氣溫升的需要,混合氣的飽和度難以達到要求。同時過小的水量易導致水循環中出現氣阻,且飽和塔水氣兩相間溫度差加大,塔內氣液兩相接觸惡化,使運行不合理。
當循環水量過大時,水容量過大,熱水水溫偏低,限制了出口氣體的溫升。
出口溫度與循環水流量的動態關系圖:
3.2控制方案設計:
采用梯度優化算法動態尋找溫度最高點。出口溫度(TI102)達到最高點后調節閥暫停。工況改變或出口溫度下降則再次開始尋找最高溫度點。
程序參數說明:
標志位:“第一次尋優”、“調節方向”。
調節系數:(尋優)“周期”、“str”(調節幅度)。
3.3變換爐熱點溫度超前-滯后補償控制策略控制方案介紹
變換工段飽和塔出口氣體溫度與中變爐補加蒸汽串級變比值控制框圖如下:
3.4變換中串低工藝實施圖:
4.針對換熱式全低變耐硫低溫變換流程的主要控制方案
換熱式全低變耐硫低溫變換的工藝特點是沒有傳統工藝的中溫變換爐,因此它有變換觸媒溫度低的特點,該工藝能減少蒸汽的消耗,提高轉換率,但因沒有中溫變換爐作緩沖,相對教難操作,因此要在控制上要有別于傳統的控制方案。針對該工藝,和利時公司采用內外環串級加變比例控制,即根據進工段的氣量先調節加蒸汽的比例,同時根據工況調整內外環切入及聯鎖。半水煤氣,與補加蒸汽混合,經預熱器、熱交換器換熱升溫后由頂端進入低變爐。
4.1變換爐熱點溫度超前-滯后補償:
變換爐熱點溫度存在一反對象特性,因變換爐是放熱反應,進氣量大反應劇烈溫度升高,但因進變換爐氣體溫度較低,剛開始時還沒反應不放熱,所以剛開始加大進氣量時溫度不但不升高反而先降低,后來再升高,這就是我們常說的反對象特性,針對這種現象,用普通的PID控制就會出現溫度反應滯后,控制的反應曲線搖擺不定,這也為什么很多甲醇情愿用手動的原因,和利時公司針對這種情況,利用超前-滯后算法可解決這個問題,即利用將變換爐進氣量取一微分,將進氣量的變化取出,這就是控制溫度所需的超前量,我們將此超前量進行系數運算后滯后處理,再將滯后處理后的數據與熱點觸媒溫度疊加,通過調整滯后時間和比例系數,使之剛好填平測量溫度的凹下去的曲線,這時雖然測量的溫度具有反對象特性,但給PID的溫度曲線已是我們常用的正常曲線了,這樣就可以用常規PID進行控制了。
實施流程圖如下:
5.針對PSA脫碳和PSA制氫控制方案
PSA脫碳和PSA制氫都是利用變壓吸附原理的生產過程,其關鍵在開關閥門動作的準確性實時性,為保證工藝參數的穩定和品質,需細化每個塔的時序,并再逆放、順放、終沖采用斜率控制,初始開度、斜率都可調。和利時SMARTPRO系統有大大快于一般DCS的掃描周期,一般DCS掃描周期為一秒,而和利時SMARTPRO系統工作掃描周期可達60ms,已接近PLC的速度,遠高于別的DCS一秒的周期,是用于變壓吸附的理想DCS,它更有PLC不能比擬的顯示直觀和修改參數方便的特性,可在屏幕上很直觀顯示循環設時間、到了那一步,及當前步的已進行時間和剩余時間,進行時間和剩余時間我們設計用光柱填充的方式顯示,操作工一眼通過從左至右的填充的光柱進度知道生產到了那一步。和利時的做了大量的類似循環開關量控制工程,都能做到用鼠標點擊屏幕上彈出數字鍵盤,就能方便修改循環時間和每一步時間。并有完善的安全聯鎖,防止閥門誤動作。
5.1變壓吸附實施圖例:
6.36萬噸/年合成氨裝置
6.1熱點溫度自動高選控制:
傳統的32Mpa高壓合成塔氣體出口、塔的下部,氣體出口也在下部。塔型有軸徑向冷激或層間換熱型,但該技術的副線和冷激氣一樣,也是從塔上部兩側進氣,也是用熱電偶插入不同深度測溫,觸媒分布也分三床層或四床層。和利時曾經在河南駿馬集團¢1600合成塔做過一套較完善的控制方案,具體方案是:選用24點中的可能成為熱點14點為觸媒溫度,一般為5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18點。用一自動高選功能塊自動選出當前溫度最高的一個點來控制合成塔溫度,這樣才能保證觸媒溫度交替上升時始終是熱點在控制合成塔的工作狀態,在選用這14個點前,先要進行壞點判斷,因為熱電偶斷路時顯示最大,如這時選它就沒法控制了,因此我們是在壞點去掉的基礎上進行自動高選。這時用該點來控制進氣量,才能保證觸媒溫度穩定。和利時系統在有自動高選擇的基礎上,還具有手動選擇功能,因為在生產中每層觸媒都有不同的溫度要求,甚至每層觸媒的進出口根據不同階段工藝需要,也有不同的溫度要求。因此,和利時公司設計控制合成塔方案時,盡量提供多選擇、多組合的控制方案,由用戶根據每以階段的不同需要進行靈活組合。用戶選擇手動時可任意選擇任一點作為熱點來控制。不但可控制副線,還可有選擇地投入/切除東西環隙溫度控制、冷激氣控制。因為觸媒溫度有一定的滯后性,因此還要兼顧流量的變化,即要將流量變化的超前量提前引入控制中,補償溫度的滯后。
6.2合成塔冷激氣,環隙溫度控制:
合成塔另還有三個冷激氣控制回路分別調節三層觸媒溫度,東西兩個環隙溫度調節回路。
和利時根據長期的經驗將合成塔的觸媒分布,畫在圖中,同時也將端面熱偶的分布也畫在圖中,有每個熱偶的位號、插入深度、溫度值、單位、報警上下限設置、和趨勢。這樣負責合成塔的操作工能一目了然地了解塔內部的情況,方便操作。
6.3安全聯鎖
針對放氨易出現超壓的故障,和利時公司設計有氨庫超壓保護,即在正常氨庫沒超壓時,放氨閥受氨分、冷交液位控制,當氨庫壓力超標時,氨分、冷交放氨閥緊急關死,并聲光報警提示防止帶液,只要氨庫壓力一正常,氨分、冷交液位又恢復正常受氨分、冷交液位控制。同時氨庫超壓聯鎖值設成可很方便修改的設定方式,用密碼進行保護,只需輸入工段長級別密碼(普通操作員不允許修改),就可進行修改設定值。具體工程實例如下圖:
7.10萬噸/年雙甲精制工藝的控制方案
氮肥廠在綜合利用、多種經營的辦廠方針下,很多工廠已建成聯醇裝置。這部分工廠大多用串聯式流程,即甲醇合成是串聯在制氨系統內的,如造氣>脫硫>變換>脫碳(或碳化)>甲醇合成>銅洗>氨合成。這種流程的優點是:變換工序出口一氧化碳指標適度放寬,降低變換的蒸汽消耗;壓縮機前幾段輸送的一氧化碳成為有效氣體,降低能耗;進入銅洗工序的CO含量降低,減輕銅洗負荷,僅此幾項可使每噸氨節電約50kWh、節蒸汽約0.4t;折合能耗約2GJ。但由于甲醇是串聯在氨流程中的,因此合成氨與甲醇相互牽制,彼此影響;由于造氣氣量全部通過為甲醇所設的精脫硫裝置負荷增大;碳化流程進行甲醇合成的新鮮氣要脫氨;醇后氣進銅洗要脫醇。
7.1甲醇合成塔熱點溫度超前-滯后補償:
甲醇塔觸媒熱點溫度存在一反對象特性,因甲醇合成是放熱反應,進氣量大反應劇烈溫度升高,但因進合成塔氣體溫度較低,剛開始時還沒反應不放熱,所以剛開始加大進氣量時溫度不但不升高反而先降低,后來再升高,這就是我們常說的反對象特性,針對這種現象,用普通的PID控制就會出現溫度反應滯后,控制的反應曲線搖擺不定,這也為什么很多甲醇情愿用手動的原因,和利時公司針對這種情況,利用超前-滯后算法可解決這個問題,即利用將甲醇合成塔進氣量取一微分,將進氣量的變化取出,這就是控制溫度所需的超前量,我們將此超前量進行系數運算后滯后處理,再將滯后處理后的數據與熱點觸媒溫度疊加,通過調整滯后時間和比例系數,使之剛好填平測量溫度的凹下去的曲線,這時雖然測量的溫度具有反對象特性,但給PID的溫度曲線已是我們常用的正常曲線了,這樣就可以用常規PID進行控制了。
7.2安全聯鎖
甲醇生產有一個最關鍵的安全條件,是甲醇分離器液位聯鎖,甲醇生產高壓低壓串在一起,最怕高壓氣體串到低壓設備上,甲醇是易燃易爆的,就會引起安全事故,和利時特別設計了超壓保護程序,在正常情況下,甲醇分離器用液位控制,在粗甲醇中間槽壓力超高時,緊急關門甲醇分離器到粗醇中間槽閥門,打開粗醇中間到馳放氣去燃燒爐,甲醇分離器是隔離高壓設備與第壓設備的關鍵設備,液位低低時會將高壓氣體串入低壓設備引起事故,因此甲醇分離器液位低低時要停循環機并放空,并強制關閉甲醇分離器出口閥。
7.3雙甲實施流程如圖:
7.4雙甲合成塔內部觸媒溫度分布圖:
和利時根據長期的經驗將合成塔的觸媒分布,畫在圖中,同時也將端面熱偶的分布也畫在圖中,有每個熱偶的位號、插入深度、溫度值、單位、報警上下限設置、和趨勢。這樣負責合成塔的操作工能一目了然地了解塔內部的情況,方便操作。
7.5精甲醇工段控制方案:
精餾塔是一個多輸入多輸出過程,它的通道多,動態響應緩慢,變量間又相互關聯,而控制要求又較高,這些都給精餾塔的控制帶來了一定的困難。用于表征產品質量的被控變量可選擇塔溫或溫差(存在一點或多點),操縱變量則主要包括加熱量、回流量等。要想在精餾過程中同時保證塔頂、塔釜的溫度穩定在規定的范圍內,在這兩個質量控制系統之間必然會產生關聯,加熱量和回流量如果采用單回路控制,在穩工況下操作時還能滿足生產需要,一旦工況有較小的波動就有可能破壞系統的穩定,很難保證產品質量,尤其是在對純度要求比較高的場合。
而甲醇精餾特別之處在于屬于三塔串聯工藝,尤其是常壓塔的加熱源來自加壓塔的熱負荷,同時這二個塔同時都采出成品。因此,加壓塔與常壓塔的協調操作是整個甲醇三塔精餾的關鍵,加壓塔的塔底溫度決定常壓塔的熱負荷,必須控制好二塔的物料平衡、熱量平衡及氣液平衡,否則容易造成常壓塔塔頂產生負壓,導致甲醇產品含水、純度質量問題。在這里,即要考慮靜態平衡,又要考慮塔的動態平衡;加壓塔與常壓塔采出量比例、回流比是穩定操作的關鍵之中的關鍵。
(1)預餾塔
►進料控制
►為克服進料流量波動帶來的擾動,提、降負荷時要緩慢變化,流量設定值需按預設定的曲線自動調整。
►多變量解耦控制方案框圖:
►控制方案可行性分析
在預餾塔控制方案中,選擇塔頂溫度T1作為產品質量指標的依據是:在一定的壓力下,沸點和產品成分之間有單獨的函數關系。因此,如果壓力恒定,塔板溫度就反映了成分。塔頂壓力P1的通道時間常數很小,采用單參數調節就能達到壓力的恒定。
在此基礎上采用解耦控制,協調加熱量與回流量,有效解除各通道間的關聯,并充分利用擾動觀測器及時調整加熱量與回流量,最大程度地減少進入塔釜的低組分物,以防低組分物過料到加壓塔,造成不可逆轉的產品質量問題。
(2)加壓塔
►擾動觀測器的設計
加壓塔的進料擾動包括流量和組分,而溫度就是預餾塔釜溫度,可以看成是恒定的。為克服進料流量及組分波動帶來的擾動,為此,我們采用過料閥位作為擾動觀測器的變量,加之過料量本身就采用了預餾塔液位的均勻控制,系統的快速恢復平衡的能力是有保證的。至于組分的波動,只要預餾塔的輕組分分離的好,對加壓塔來講也不存在問題。
►多變量解耦控制方案框圖(略)
►控制方案可行性分析
在加壓塔控制方案中,選擇塔頂溫度T2作為產品質量指標的道理同預餾塔,在此基礎上同樣采用解耦控制,協調加熱量與回流量,有效解除各通道間的關聯,并充分利用擾動觀測器及時調整加熱量與回流量,確保塔頂甲醇的產品純度。
同時,根據產量負荷與加熱、冷卻能力模型,確定合適的回流比,實現加壓塔的穩態優化控制。
(3)常壓塔
常壓塔最困難的是加壓塔的蒸發量作為再沸器的補充熱源,一旦加壓塔的操作產生波動過大,一定會殃及常壓塔的正常平衡。因此,常壓塔的加熱控制必須引入加壓塔塔頂壓力進行補償,這是常壓塔特別之處。
(4)精餾塔的選擇性控制
塔不能出現液泛,某些類型的塔(如篩板塔等)也不應出現漏液現象。當塔出現液泛時,塔的壓差將超過一個限值。當塔出現漏液時,塔的壓差將降到一個下限值。
為防止液泛和漏液現象,可以把約束條件加在再沸器上,這可以通過對加熱流量或閥位設置上、下限幅來實現。產量與質量是相互矛盾的,這又與能耗相關聯。精餾塔的選擇性控制任務是,使塔盡量操作在約束條件內,即正常下的最大負荷生產,獲得最多的合格產品。
(5)實施流程如圖:
8.52萬噸/年大顆粒尿素裝置中的應用
8.1前言
30萬噸/年尿素大顆粒造粒項目采用國產DCS控制系統,一舉打破了國外產品在此市場的壟斷局面,意味著國產系統的科技水平將會為傳統產業技術改造以及新建項目設計和應用提供更加有力的技術支撐,將國產化的水平推進到一個嶄新的高度。
8.2尿素裝置工藝流程簡介
三十萬噸大顆粒尿素裝置分為尿素主裝置和大顆粒裝置兩部分。
尿素主裝置工藝流程:
本尿素主裝置采用二氧化碳汽提法尿素生產工藝,其工藝流程主要包括:二氧化碳壓縮機和脫氫、液氨升壓、合成和汽提、循環、蒸發造粒、產品貯存和包裝、解吸和水解等工序。
8.3控制策略
根據設計要求和和利時公司豐富的工程實踐經驗,主要圍繞減少原料損失,降低HH3耗、增加產量和尿素質量、提高工藝的自控水平和儀表的可靠性、方便生產管理等方面對項目進行了整體控制方案設計。
HOLLiAS-MACS具有強大約反饋控制、邏輯順序控制和各種運算功能。根據工藝要求,靈活地把這些功能有機地組合,實現了先進復雜的控制策略,在年產30萬噸大顆粒尿素CO2汽提法工藝裝置中,設計了NH3/C02控制,尿素負荷控制,氧合量O2控制、情氣排放控制等25套典型復雜控制系統。
具有分區、分級別控制功能。4套操作員站理論上可以控制全系統所有點,但為了操作的安全性,可以定義每個操作員站的操作權限,便于專人專控。
具有冗余控制功能,將工藝上關鍵的參數都進行了冗余配置。
具有完善的報警功能,有工藝模擬量報警、工藝開關量報警、模塊報警,系統報警,報警摘要,操作員可以很方便了解系統狀態及生產過程。
8.31模擬量控制方案
尿素裝置控制回路一覽表
8.32開關量控制策略---開關輸入三取二邏輯冗余控制
開關量的采用三取二邏輯冗錯控制方案,其可靠性遠遠大于冗余控制,可為緊急停車系統、重要聯鎖控制提供可靠的檢測、控制手段。采用冗錯控制的子系統如下:
合成氨系統故障、大顆粒緊急停車、停三臺高壓液氨泵、停三臺CO2壓縮機、停三臺高壓甲銨泵、手動關進尿液閥PV-2221、手動停霧化CR101、液氨快開閥復位、液氨快開閥關、CO2快開閥復位、CO2快開閥關、手動開旁路閥HV-2220、旁路閥HV-2220復位、低壓蒸汽包a液位開關、鍋爐給水罐液位開關、進界區儀表空氣壓力低報警。
8.4實施流程如圖:
9.生產管理系統
上世紀80年代后期,流程工業過程控制與生產管理發生了巨大變化,多學科間的相互滲透與結合,使過程控制與生產管理朝著一體化的方向發展,形成了企業綜合自動化的新模式。和利時公司為滿足工業發展的需要,研發了流程行業生產管理系統HOLLiAS-MES(ManufacturingExecutionSystem)。
生產管理系統以企業級實時數據庫和關系數據庫為核心,提供實時信息系統、質量分析系統、設備維護管理系統、能源管理系統、批次管理系統、生產成本核算系統、生產調度系統等功能。為企業生產管理人員進行過程監控與管理、保證生產正常運行,控制產品質量和生產成本提供了靈活有力的工具。HOLLiAS-MES具有豐富的與DCS、PLC等控制設備的通信接口,并可與ERP等企業經營管理系統集成,實現企業生產管控一體化。
附圖為某366010合成氨尿素甲醇化工廠全部采用和利時公司產品構成的管控一體化系統圖。
9.1實時信息系統功能
 實時歷史趨勢
 報表
 報警
 Web功能
9.2質量分析系統
質量分析系統容納了實驗室分析系統和統計過程控制SPC。質量管理貫穿于企業生產活動的全過程。QAS提供完整的實驗室信息管理系統,將實驗室數據為原料采購、生產過程控制與管理、生產技術管理、產品銷售等活動所共享,完成樣品管理、樣品跟蹤、式樣數據采集、統計過程控制圖、質量標準管理等。
統計質量控制(SPC),對關鍵過程控制參數和質量檢測參數進行監控,幫助操作人員提高操作水平、控制影響產品質量的參數,為提高產品質量提供支持。
控制圖:允許分析現場數據變化,可以分析平均值、極差或標準差。此方法可用于分析操作平穩度,可以用來判斷質量變化是偶然波動還是由系統故障引起的。
工序能力圖:用特征值(如溫度、壓力、流量)分布圖分散特性來量度工序實際加工能力。并自動計算工序能力指標(Cp、Cpk)、峰值和偏差。此方法可以計算工序在受控狀態下對加工質量的保證能力。
l 排列圖:分析錯誤和故障發生頻率對產品質量的影響程度。
9.3生產調度系統—PSS(ProductionSchedulingSystem)
PSS運用化工流程模擬技術,為制定生產方案、確定物料平衡關系、能量需求關系提供支持;滿足制定多生產方案、生產不同產品的需要;化工流程模擬技術還為優化操作、技術改造提供方便、快捷、經濟的支持。
PSS具有強大生產調度預警功能,系統以裝置操作經驗和過程模擬為基礎,通過對實時數據的綜合分析,系統實時把握系統當前所處的狀態和可能出現的情況,對可能發生的事故或波動提前給出預報分析并調用顯示相應的處理方案等。
PSS集成了調度工作所需要的各種信息,是調度人員有力的信息工具。并包括了各種事故處理預案、預警及在工況波動或產品調整要求下的,合理、優化的調度策略預案。
9.4其它子系統
►設備管理系統
主要功能包括設備運行監控、設備臺帳管理、預防維護管理、維護工作單管理等。
►能源管理系統
與生產調度系統密切配合,完成生產與能源的協調管理。
►生產成本核算系統
主要是直接生產成本(物料、能源消耗),加上工資成本、設備折舊及管理費用分攤,可以算出生產的實際成本。
10.結束語
經過十多年不懈努力,和利時公司DCS系統在石化、化工行業上取得了顯著的成績,石化化工項目總數達1000多個。分布如下:煤化工280個,石化化工260個,氯堿60個,精細化工240個,制藥120個,其它包括化工廠的生產管理系統150個左右。和利時公司的優勢在于,公司的工程師大多來自于企業基層,有著出色的項目組織、過程質量的控制能力。
同時具有豐富的工藝與控制知識與經驗,尤其在控制與工藝的結合上有自己的特色,擅長穩態優化與動態優化控制技術的應用。再有就是和利時的DCS產品經過多年的改進與提高,其可靠性、易用性、先進性已在廣泛的行業上如核電站、輕軌地鐵、600MW機組以及上萬點的大型化工行業得到了現場驗證,并在5000多個項目上得到了應用,取得了較好的經濟效益和社會效益。
中型合成氨工藝特點是工藝流程長,各工段獨立但卻相互關聯,生產原料以煤為主,一般都包括造氣、脫硫、變換、變脫、脫碳、精煉(或雙甲)、合成、提氫、壓縮、氨庫、冷凍、精甲醇等工段。各工段還有不同的工藝選擇,如:造氣有傳統的間歇式造氣;德士古水煤漿氣化;粉煤直接氣化三種工藝。脫硫有干法脫硫和濕法脫硫兩種。脫碳有NHD濕法和PSA變壓吸附干法兩種。變換有中串低變換和換熱式全低變耐硫低溫變換兩種。精煉有傳統的銅洗法和雙甲工藝法兩種。合成塔工藝方式較多,主要有三段冷激式、徑向換熱、軸向換熱、中心管換熱等。提氫有PSA變壓吸附和膜分離法兩種。針對上述不同的工藝工藝,控制方案也要不同的方法,下面針對不同工藝分別說明。根據和利時長期的控制經驗,造氣專業性很強,需專門著文進行論述,這里就不多說了。變壓吸附PSA工藝也很特殊,也需專文闡述。脫硫,變脫工藝簡單,常規的單回路控制即可滿足要求,壓縮、氨庫、冷凍只有測量點假少量安全聯鎖,也比較簡單也不用闡述,重點說明下列工段的控制。
2.造氣工藝介紹
目前固定床常用氣化爐間歇制氣在國內仍處于主導地位,而更為先進的水煤漿氣化技術與粉煤直接氣化流化床氣化技術已開始在行業中得到推廣與認可,并在其技術國產化方面取得了較快的發展,造氣裝置已經出現由間歇過程向連續過程轉變的趨勢。
煤造氣通常有三種方法,固定床常用氣化爐有UG.I爐,屬于間歇制氣、德士古水煤漿氣化(濕法氣流床氣化\高溫加壓氣化)、粉煤直接氣化;
在粉煤直接氣化中,主要包括氣流床與流化床工藝。其中,氣流床有SHELL加壓氣化及PrenfloGSP(高溫加壓氣化)二種工藝;流化床工藝則包括溫克勒、灰熔聚流化床、恩德爐、U-Gas氣化爐、循環流化床(陜西聯合中西部煤氣工程技術中心)(常壓氣化)等工藝。
2.1恩德爐生產工藝簡介
►技術系列化:單爐生產能力有:5000立方米/時、10000立方米/時 20000立方米/時、40000立方米/時。
►凈化簡單:煤氣中不含焦油及油渣,凈化系統簡單、污染少;
►操作彈性大:氣化爐生產負荷可在設計負荷40%~110%范圍內調節。
►開停爐方便:對于工業燃氣的生產組織和調度創造了條件;
►運轉率高:由于取消了爐篦,氣化爐沒有傳動部分和易損件,故不需太多的維修即可獲得較高連續運轉率,一般可達90%以上;
►氣化效率高:氣化強度大:恩德粉煤氣化爐的氣化效率達76%。
►投資小:設備已完全實現了國產化,恩德粉煤氣化爐投資僅為引進氣化爐的30%~50%。
►生產成本低:氣化一般原料煤的成本占煤氣生產成本的40%~50%。
►煤種要求低:可以使用高灰份的劣質粉煤,使煤源得到很大拓展,可適用于褐煤、長焰煤、不黏或弱黏結煤;
2.2控制難點
保持一個較高的轉化率是非常重要的,過量的富氧必然造成有效成份的消耗,過低的富氧會造成較低的煤轉化率,水碳比、氧碳比控制在合理的范圍內非常關鍵,但因煤的質量波動、負荷的波動都會對系統的平衡產生影響。
系統想要在高負荷下運行,就必須解決循環流化床所特有的高溫結焦問題。
2.3控制策略
►富氧流量及控制系統的故障檢測、比對,報警與自動處理
►負荷、爐溫多參數結合的水碳比、氧碳比控制
►專有循環流化床負荷與爐溫協調防結焦優化控制軟件包。
2.4氣化爐聯鎖控制
►氧量過高必須緊急停車,廢鍋壓力高、液位低等
►煤斗、煤鎖變壓加料操作及防止誤操作程控與聯鎖
►灰斗、灰鎖變壓加料操作及防止誤操作程控與聯鎖
►加煤機的斷料、廢熱鍋爐汽包液位超高聯鎖停車加料啟動聯鎖
3.變換工段飽和塔出口氣體溫度控制方案介紹
3.1飽和塔工藝流程簡介:
半水煤氣進入飽和塔,與高溫循環水逆流接觸。半水煤氣被循環水飽和而富含水蒸汽。控制的目的是在工藝允許的前提下,盡量提高出飽和塔的水煤氣的溫度,使其中水蒸汽的含量最高。變換基本反應為:半水煤氣中的一氧化碳與水蒸氣反應生成氫氣和二氧化碳,反應放熱。
當循環水量過小時,循環水在系統(經第一水加熱器、第一、第二調溫水加熱器)循環中能獲得較高的溫升,但水容量畢竟偏小,所回收的熱量滿足不了混合煤氣溫升的需要,混合氣的飽和度難以達到要求。同時過小的水量易導致水循環中出現氣阻,且飽和塔水氣兩相間溫度差加大,塔內氣液兩相接觸惡化,使運行不合理。
當循環水量過大時,水容量過大,熱水水溫偏低,限制了出口氣體的溫升。
出口溫度與循環水流量的動態關系圖:
3.2控制方案設計:
采用梯度優化算法動態尋找溫度最高點。出口溫度(TI102)達到最高點后調節閥暫停。工況改變或出口溫度下降則再次開始尋找最高溫度點。
程序參數說明:
標志位:“第一次尋優”、“調節方向”。
調節系數:(尋優)“周期”、“str”(調節幅度)。
3.3變換爐熱點溫度超前-滯后補償控制策略控制方案介紹
變換工段飽和塔出口氣體溫度與中變爐補加蒸汽串級變比值控制框圖如下:
3.4變換中串低工藝實施圖:
4.針對換熱式全低變耐硫低溫變換流程的主要控制方案
換熱式全低變耐硫低溫變換的工藝特點是沒有傳統工藝的中溫變換爐,因此它有變換觸媒溫度低的特點,該工藝能減少蒸汽的消耗,提高轉換率,但因沒有中溫變換爐作緩沖,相對教難操作,因此要在控制上要有別于傳統的控制方案。針對該工藝,和利時公司采用內外環串級加變比例控制,即根據進工段的氣量先調節加蒸汽的比例,同時根據工況調整內外環切入及聯鎖。半水煤氣,與補加蒸汽混合,經預熱器、熱交換器換熱升溫后由頂端進入低變爐。
4.1變換爐熱點溫度超前-滯后補償:
變換爐熱點溫度存在一反對象特性,因變換爐是放熱反應,進氣量大反應劇烈溫度升高,但因進變換爐氣體溫度較低,剛開始時還沒反應不放熱,所以剛開始加大進氣量時溫度不但不升高反而先降低,后來再升高,這就是我們常說的反對象特性,針對這種現象,用普通的PID控制就會出現溫度反應滯后,控制的反應曲線搖擺不定,這也為什么很多甲醇情愿用手動的原因,和利時公司針對這種情況,利用超前-滯后算法可解決這個問題,即利用將變換爐進氣量取一微分,將進氣量的變化取出,這就是控制溫度所需的超前量,我們將此超前量進行系數運算后滯后處理,再將滯后處理后的數據與熱點觸媒溫度疊加,通過調整滯后時間和比例系數,使之剛好填平測量溫度的凹下去的曲線,這時雖然測量的溫度具有反對象特性,但給PID的溫度曲線已是我們常用的正常曲線了,這樣就可以用常規PID進行控制了。
實施流程圖如下:
5.針對PSA脫碳和PSA制氫控制方案
PSA脫碳和PSA制氫都是利用變壓吸附原理的生產過程,其關鍵在開關閥門動作的準確性實時性,為保證工藝參數的穩定和品質,需細化每個塔的時序,并再逆放、順放、終沖采用斜率控制,初始開度、斜率都可調。和利時SMARTPRO系統有大大快于一般DCS的掃描周期,一般DCS掃描周期為一秒,而和利時SMARTPRO系統工作掃描周期可達60ms,已接近PLC的速度,遠高于別的DCS一秒的周期,是用于變壓吸附的理想DCS,它更有PLC不能比擬的顯示直觀和修改參數方便的特性,可在屏幕上很直觀顯示循環設時間、到了那一步,及當前步的已進行時間和剩余時間,進行時間和剩余時間我們設計用光柱填充的方式顯示,操作工一眼通過從左至右的填充的光柱進度知道生產到了那一步。和利時的做了大量的類似循環開關量控制工程,都能做到用鼠標點擊屏幕上彈出數字鍵盤,就能方便修改循環時間和每一步時間。并有完善的安全聯鎖,防止閥門誤動作。
5.1變壓吸附實施圖例:
6.36萬噸/年合成氨裝置
6.1熱點溫度自動高選控制:
傳統的32Mpa高壓合成塔氣體出口、塔的下部,氣體出口也在下部。塔型有軸徑向冷激或層間換熱型,但該技術的副線和冷激氣一樣,也是從塔上部兩側進氣,也是用熱電偶插入不同深度測溫,觸媒分布也分三床層或四床層。和利時曾經在河南駿馬集團¢1600合成塔做過一套較完善的控制方案,具體方案是:選用24點中的可能成為熱點14點為觸媒溫度,一般為5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18點。用一自動高選功能塊自動選出當前溫度最高的一個點來控制合成塔溫度,這樣才能保證觸媒溫度交替上升時始終是熱點在控制合成塔的工作狀態,在選用這14個點前,先要進行壞點判斷,因為熱電偶斷路時顯示最大,如這時選它就沒法控制了,因此我們是在壞點去掉的基礎上進行自動高選。這時用該點來控制進氣量,才能保證觸媒溫度穩定。和利時系統在有自動高選擇的基礎上,還具有手動選擇功能,因為在生產中每層觸媒都有不同的溫度要求,甚至每層觸媒的進出口根據不同階段工藝需要,也有不同的溫度要求。因此,和利時公司設計控制合成塔方案時,盡量提供多選擇、多組合的控制方案,由用戶根據每以階段的不同需要進行靈活組合。用戶選擇手動時可任意選擇任一點作為熱點來控制。不但可控制副線,還可有選擇地投入/切除東西環隙溫度控制、冷激氣控制。因為觸媒溫度有一定的滯后性,因此還要兼顧流量的變化,即要將流量變化的超前量提前引入控制中,補償溫度的滯后。
6.2合成塔冷激氣,環隙溫度控制:
合成塔另還有三個冷激氣控制回路分別調節三層觸媒溫度,東西兩個環隙溫度調節回路。
和利時根據長期的經驗將合成塔的觸媒分布,畫在圖中,同時也將端面熱偶的分布也畫在圖中,有每個熱偶的位號、插入深度、溫度值、單位、報警上下限設置、和趨勢。這樣負責合成塔的操作工能一目了然地了解塔內部的情況,方便操作。
6.3安全聯鎖
針對放氨易出現超壓的故障,和利時公司設計有氨庫超壓保護,即在正常氨庫沒超壓時,放氨閥受氨分、冷交液位控制,當氨庫壓力超標時,氨分、冷交放氨閥緊急關死,并聲光報警提示防止帶液,只要氨庫壓力一正常,氨分、冷交液位又恢復正常受氨分、冷交液位控制。同時氨庫超壓聯鎖值設成可很方便修改的設定方式,用密碼進行保護,只需輸入工段長級別密碼(普通操作員不允許修改),就可進行修改設定值。具體工程實例如下圖:
7.10萬噸/年雙甲精制工藝的控制方案
氮肥廠在綜合利用、多種經營的辦廠方針下,很多工廠已建成聯醇裝置。這部分工廠大多用串聯式流程,即甲醇合成是串聯在制氨系統內的,如造氣>脫硫>變換>脫碳(或碳化)>甲醇合成>銅洗>氨合成。這種流程的優點是:變換工序出口一氧化碳指標適度放寬,降低變換的蒸汽消耗;壓縮機前幾段輸送的一氧化碳成為有效氣體,降低能耗;進入銅洗工序的CO含量降低,減輕銅洗負荷,僅此幾項可使每噸氨節電約50kWh、節蒸汽約0.4t;折合能耗約2GJ。但由于甲醇是串聯在氨流程中的,因此合成氨與甲醇相互牽制,彼此影響;由于造氣氣量全部通過為甲醇所設的精脫硫裝置負荷增大;碳化流程進行甲醇合成的新鮮氣要脫氨;醇后氣進銅洗要脫醇。
7.1甲醇合成塔熱點溫度超前-滯后補償:
甲醇塔觸媒熱點溫度存在一反對象特性,因甲醇合成是放熱反應,進氣量大反應劇烈溫度升高,但因進合成塔氣體溫度較低,剛開始時還沒反應不放熱,所以剛開始加大進氣量時溫度不但不升高反而先降低,后來再升高,這就是我們常說的反對象特性,針對這種現象,用普通的PID控制就會出現溫度反應滯后,控制的反應曲線搖擺不定,這也為什么很多甲醇情愿用手動的原因,和利時公司針對這種情況,利用超前-滯后算法可解決這個問題,即利用將甲醇合成塔進氣量取一微分,將進氣量的變化取出,這就是控制溫度所需的超前量,我們將此超前量進行系數運算后滯后處理,再將滯后處理后的數據與熱點觸媒溫度疊加,通過調整滯后時間和比例系數,使之剛好填平測量溫度的凹下去的曲線,這時雖然測量的溫度具有反對象特性,但給PID的溫度曲線已是我們常用的正常曲線了,這樣就可以用常規PID進行控制了。
7.2安全聯鎖
甲醇生產有一個最關鍵的安全條件,是甲醇分離器液位聯鎖,甲醇生產高壓低壓串在一起,最怕高壓氣體串到低壓設備上,甲醇是易燃易爆的,就會引起安全事故,和利時特別設計了超壓保護程序,在正常情況下,甲醇分離器用液位控制,在粗甲醇中間槽壓力超高時,緊急關門甲醇分離器到粗醇中間槽閥門,打開粗醇中間到馳放氣去燃燒爐,甲醇分離器是隔離高壓設備與第壓設備的關鍵設備,液位低低時會將高壓氣體串入低壓設備引起事故,因此甲醇分離器液位低低時要停循環機并放空,并強制關閉甲醇分離器出口閥。
7.3雙甲實施流程如圖:
7.4雙甲合成塔內部觸媒溫度分布圖:
和利時根據長期的經驗將合成塔的觸媒分布,畫在圖中,同時也將端面熱偶的分布也畫在圖中,有每個熱偶的位號、插入深度、溫度值、單位、報警上下限設置、和趨勢。這樣負責合成塔的操作工能一目了然地了解塔內部的情況,方便操作。
7.5精甲醇工段控制方案:
精餾塔是一個多輸入多輸出過程,它的通道多,動態響應緩慢,變量間又相互關聯,而控制要求又較高,這些都給精餾塔的控制帶來了一定的困難。用于表征產品質量的被控變量可選擇塔溫或溫差(存在一點或多點),操縱變量則主要包括加熱量、回流量等。要想在精餾過程中同時保證塔頂、塔釜的溫度穩定在規定的范圍內,在這兩個質量控制系統之間必然會產生關聯,加熱量和回流量如果采用單回路控制,在穩工況下操作時還能滿足生產需要,一旦工況有較小的波動就有可能破壞系統的穩定,很難保證產品質量,尤其是在對純度要求比較高的場合。
而甲醇精餾特別之處在于屬于三塔串聯工藝,尤其是常壓塔的加熱源來自加壓塔的熱負荷,同時這二個塔同時都采出成品。因此,加壓塔與常壓塔的協調操作是整個甲醇三塔精餾的關鍵,加壓塔的塔底溫度決定常壓塔的熱負荷,必須控制好二塔的物料平衡、熱量平衡及氣液平衡,否則容易造成常壓塔塔頂產生負壓,導致甲醇產品含水、純度質量問題。在這里,即要考慮靜態平衡,又要考慮塔的動態平衡;加壓塔與常壓塔采出量比例、回流比是穩定操作的關鍵之中的關鍵。
(1)預餾塔
►進料控制
►為克服進料流量波動帶來的擾動,提、降負荷時要緩慢變化,流量設定值需按預設定的曲線自動調整。
►多變量解耦控制方案框圖:
►控制方案可行性分析
在預餾塔控制方案中,選擇塔頂溫度T1作為產品質量指標的依據是:在一定的壓力下,沸點和產品成分之間有單獨的函數關系。因此,如果壓力恒定,塔板溫度就反映了成分。塔頂壓力P1的通道時間常數很小,采用單參數調節就能達到壓力的恒定。
在此基礎上采用解耦控制,協調加熱量與回流量,有效解除各通道間的關聯,并充分利用擾動觀測器及時調整加熱量與回流量,最大程度地減少進入塔釜的低組分物,以防低組分物過料到加壓塔,造成不可逆轉的產品質量問題。
(2)加壓塔
►擾動觀測器的設計
加壓塔的進料擾動包括流量和組分,而溫度就是預餾塔釜溫度,可以看成是恒定的。為克服進料流量及組分波動帶來的擾動,為此,我們采用過料閥位作為擾動觀測器的變量,加之過料量本身就采用了預餾塔液位的均勻控制,系統的快速恢復平衡的能力是有保證的。至于組分的波動,只要預餾塔的輕組分分離的好,對加壓塔來講也不存在問題。
►多變量解耦控制方案框圖(略)
►控制方案可行性分析
在加壓塔控制方案中,選擇塔頂溫度T2作為產品質量指標的道理同預餾塔,在此基礎上同樣采用解耦控制,協調加熱量與回流量,有效解除各通道間的關聯,并充分利用擾動觀測器及時調整加熱量與回流量,確保塔頂甲醇的產品純度。
同時,根據產量負荷與加熱、冷卻能力模型,確定合適的回流比,實現加壓塔的穩態優化控制。
(3)常壓塔
常壓塔最困難的是加壓塔的蒸發量作為再沸器的補充熱源,一旦加壓塔的操作產生波動過大,一定會殃及常壓塔的正常平衡。因此,常壓塔的加熱控制必須引入加壓塔塔頂壓力進行補償,這是常壓塔特別之處。
(4)精餾塔的選擇性控制
塔不能出現液泛,某些類型的塔(如篩板塔等)也不應出現漏液現象。當塔出現液泛時,塔的壓差將超過一個限值。當塔出現漏液時,塔的壓差將降到一個下限值。
為防止液泛和漏液現象,可以把約束條件加在再沸器上,這可以通過對加熱流量或閥位設置上、下限幅來實現。產量與質量是相互矛盾的,這又與能耗相關聯。精餾塔的選擇性控制任務是,使塔盡量操作在約束條件內,即正常下的最大負荷生產,獲得最多的合格產品。
(5)實施流程如圖:
8.52萬噸/年大顆粒尿素裝置中的應用
8.1前言
30萬噸/年尿素大顆粒造粒項目采用國產DCS控制系統,一舉打破了國外產品在此市場的壟斷局面,意味著國產系統的科技水平將會為傳統產業技術改造以及新建項目設計和應用提供更加有力的技術支撐,將國產化的水平推進到一個嶄新的高度。
8.2尿素裝置工藝流程簡介
三十萬噸大顆粒尿素裝置分為尿素主裝置和大顆粒裝置兩部分。
尿素主裝置工藝流程:
本尿素主裝置采用二氧化碳汽提法尿素生產工藝,其工藝流程主要包括:二氧化碳壓縮機和脫氫、液氨升壓、合成和汽提、循環、蒸發造粒、產品貯存和包裝、解吸和水解等工序。
8.3控制策略
根據設計要求和和利時公司豐富的工程實踐經驗,主要圍繞減少原料損失,降低HH3耗、增加產量和尿素質量、提高工藝的自控水平和儀表的可靠性、方便生產管理等方面對項目進行了整體控制方案設計。
HOLLiAS-MACS具有強大約反饋控制、邏輯順序控制和各種運算功能。根據工藝要求,靈活地把這些功能有機地組合,實現了先進復雜的控制策略,在年產30萬噸大顆粒尿素CO2汽提法工藝裝置中,設計了NH3/C02控制,尿素負荷控制,氧合量O2控制、情氣排放控制等25套典型復雜控制系統。
具有分區、分級別控制功能。4套操作員站理論上可以控制全系統所有點,但為了操作的安全性,可以定義每個操作員站的操作權限,便于專人專控。
具有冗余控制功能,將工藝上關鍵的參數都進行了冗余配置。
具有完善的報警功能,有工藝模擬量報警、工藝開關量報警、模塊報警,系統報警,報警摘要,操作員可以很方便了解系統狀態及生產過程。
8.31模擬量控制方案
尿素裝置控制回路一覽表
序號 |
控制系統名稱 |
系統結構與功能說明 |
1 |
高壓系統NH3/C02控制 |
前饋比值三串級純滯后補償控制 |
2 |
C02流量負荷控制系統 |
帶溫壓補償及運算三串級控制 |
3 |
高壓冷凝器壓力控制 |
分程控制 |
4 |
O2含量控制 |
前饋串級控制 |
5 |
高壓系統壓力控制 |
優化控制 |
6 |
汽提塔蒸汽壓力控制 |
優化控制 |
7 |
高壓系統惰氣排放控制 |
前饋、串級、反饋控制 |
8 |
高壓洗滌器熱負荷控制 |
人工干預開環系統 |
9 |
循環系統溫度控制 |
分程控制 |
10 |
低壓吸收器液位控制 |
邏緝自適應順控串級控制 |
11 |
循環加熱器溫度控制 |
串統調節 |
12 |
蒸發系統流量控制 |
串級調節 |
13 |
一段蒸發組分控制 |
兩變量串級控制 |
14 |
一段蒸發溫度控制 |
串級調節 |
15 |
二段蒸發溫度控制 |
串級調節 |
16 |
二段蒸發組分控制 |
溫壓計算組分 |
17 |
解吸塔溫度控制 |
串統調節 |
18 |
合成塔液位控制 |
自動反饋控制 |
19 |
中壓冷凝器壓力控制 |
分程調節 |
20 |
汽包液位控制 |
分程調節 |
21 |
中壓冷凝器液位控制 |
分程調節 |
22 |
低壓冷凝器液位控制 |
分程調節 |
23 |
造粒機尿液槽液位控制 |
分程調節 |
24 |
造粒機進料壓力控制 |
邏輯控制 |
25 |
造粒機溫度控制 |
串級調節 |
8.32開關量控制策略---開關輸入三取二邏輯冗余控制
開關量的采用三取二邏輯冗錯控制方案,其可靠性遠遠大于冗余控制,可為緊急停車系統、重要聯鎖控制提供可靠的檢測、控制手段。采用冗錯控制的子系統如下:
合成氨系統故障、大顆粒緊急停車、停三臺高壓液氨泵、停三臺CO2壓縮機、停三臺高壓甲銨泵、手動關進尿液閥PV-2221、手動停霧化CR101、液氨快開閥復位、液氨快開閥關、CO2快開閥復位、CO2快開閥關、手動開旁路閥HV-2220、旁路閥HV-2220復位、低壓蒸汽包a液位開關、鍋爐給水罐液位開關、進界區儀表空氣壓力低報警。
8.4實施流程如圖:
9.生產管理系統
上世紀80年代后期,流程工業過程控制與生產管理發生了巨大變化,多學科間的相互滲透與結合,使過程控制與生產管理朝著一體化的方向發展,形成了企業綜合自動化的新模式。和利時公司為滿足工業發展的需要,研發了流程行業生產管理系統HOLLiAS-MES(ManufacturingExecutionSystem)。
生產管理系統以企業級實時數據庫和關系數據庫為核心,提供實時信息系統、質量分析系統、設備維護管理系統、能源管理系統、批次管理系統、生產成本核算系統、生產調度系統等功能。為企業生產管理人員進行過程監控與管理、保證生產正常運行,控制產品質量和生產成本提供了靈活有力的工具。HOLLiAS-MES具有豐富的與DCS、PLC等控制設備的通信接口,并可與ERP等企業經營管理系統集成,實現企業生產管控一體化。
附圖為某366010合成氨尿素甲醇化工廠全部采用和利時公司產品構成的管控一體化系統圖。
9.1實時信息系統功能
 實時歷史趨勢
 報表
 報警
 Web功能
9.2質量分析系統
質量分析系統容納了實驗室分析系統和統計過程控制SPC。質量管理貫穿于企業生產活動的全過程。QAS提供完整的實驗室信息管理系統,將實驗室數據為原料采購、生產過程控制與管理、生產技術管理、產品銷售等活動所共享,完成樣品管理、樣品跟蹤、式樣數據采集、統計過程控制圖、質量標準管理等。
統計質量控制(SPC),對關鍵過程控制參數和質量檢測參數進行監控,幫助操作人員提高操作水平、控制影響產品質量的參數,為提高產品質量提供支持。
控制圖:允許分析現場數據變化,可以分析平均值、極差或標準差。此方法可用于分析操作平穩度,可以用來判斷質量變化是偶然波動還是由系統故障引起的。
工序能力圖:用特征值(如溫度、壓力、流量)分布圖分散特性來量度工序實際加工能力。并自動計算工序能力指標(Cp、Cpk)、峰值和偏差。此方法可以計算工序在受控狀態下對加工質量的保證能力。
l 排列圖:分析錯誤和故障發生頻率對產品質量的影響程度。
9.3生產調度系統—PSS(ProductionSchedulingSystem)
PSS運用化工流程模擬技術,為制定生產方案、確定物料平衡關系、能量需求關系提供支持;滿足制定多生產方案、生產不同產品的需要;化工流程模擬技術還為優化操作、技術改造提供方便、快捷、經濟的支持。
PSS具有強大生產調度預警功能,系統以裝置操作經驗和過程模擬為基礎,通過對實時數據的綜合分析,系統實時把握系統當前所處的狀態和可能出現的情況,對可能發生的事故或波動提前給出預報分析并調用顯示相應的處理方案等。
PSS集成了調度工作所需要的各種信息,是調度人員有力的信息工具。并包括了各種事故處理預案、預警及在工況波動或產品調整要求下的,合理、優化的調度策略預案。
9.4其它子系統
►設備管理系統
主要功能包括設備運行監控、設備臺帳管理、預防維護管理、維護工作單管理等。
►能源管理系統
與生產調度系統密切配合,完成生產與能源的協調管理。
►生產成本核算系統
主要是直接生產成本(物料、能源消耗),加上工資成本、設備折舊及管理費用分攤,可以算出生產的實際成本。
10.結束語
經過十多年不懈努力,和利時公司DCS系統在石化、化工行業上取得了顯著的成績,石化化工項目總數達1000多個。分布如下:煤化工280個,石化化工260個,氯堿60個,精細化工240個,制藥120個,其它包括化工廠的生產管理系統150個左右。和利時公司的優勢在于,公司的工程師大多來自于企業基層,有著出色的項目組織、過程質量的控制能力。
同時具有豐富的工藝與控制知識與經驗,尤其在控制與工藝的結合上有自己的特色,擅長穩態優化與動態優化控制技術的應用。再有就是和利時的DCS產品經過多年的改進與提高,其可靠性、易用性、先進性已在廣泛的行業上如核電站、輕軌地鐵、600MW機組以及上萬點的大型化工行業得到了現場驗證,并在5000多個項目上得到了應用,取得了較好的經濟效益和社會效益。
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