在石化行業(yè)，浙大中控具有深厚的技術(shù)實(shí)力與優(yōu)秀的應(yīng)用業(yè)績(jī)，特別在基礎(chǔ)化工原料生產(chǎn)控制技術(shù)方面，具備為各種裝置提供成熟自控方案與實(shí)施的能力。在大型煤制甲醇工藝過程控制中，浙大中控可提供從煤氣化、原料氣凈化到甲醇合成、精餾等生產(chǎn)工序和包括空分、水處理等公用工程的完備自動(dòng)控制整體解決方案與成功應(yīng)用案例。
一 工藝簡(jiǎn)介
煤制甲醇(大型)裝置的典型流程如圖1所示。
二 控制策略
甲醇裝置與合成氨裝置具有較大的相似性，因此變換、凈化部分的控制介紹可參考《浙大中控中大型合成氨行業(yè)解決方案》，本文主要介紹煤氣化、甲醇合成等控制過程策略。
1. 針對(duì)Texaco氣化爐的控制策略
德士古氣化爐控制主要包括常規(guī)控制、順序控制和SIS安全儀表系統(tǒng)，其中SIS安全儀表系統(tǒng)是主要難點(diǎn)與重點(diǎn)。
(1)常規(guī)控制
德士古氣化爐常規(guī)控制以簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)為主，多重化的測(cè)量特點(diǎn)主要是為了保證安全，如氣化爐溫度測(cè)量、激冷室液位測(cè)量等，控制時(shí)可選用不同的測(cè)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。
(2)順序控制
氣化爐急冷室下部的集渣鎖斗的控制
實(shí)質(zhì)是一個(gè)順序控制系統(tǒng)，涉及充壓、集渣、卸壓、出渣等過程，是一個(gè)交變的壓力控制系統(tǒng)。
(3)SIS安全儀表系統(tǒng)
氣化爐安全系統(tǒng)分順序控制和安全聯(lián)鎖兩大部分。這兩部分的功能是相互獨(dú)立的，但安全聯(lián)鎖功能的優(yōu)先級(jí)別要高于順序控制。
氣化爐安全系統(tǒng)是從開車、運(yùn)行，直到停車的一整套安全自動(dòng)操作監(jiān)控系統(tǒng)。氣化爐運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一個(gè)步驟，無論是手動(dòng)還是自動(dòng)操作，安全系統(tǒng)將連續(xù)監(jiān)控生產(chǎn)過程中最重要閥門的閥位狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)整主要的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)裝置在正?；蚪o定的參數(shù)下有最佳的安全運(yùn)行狀態(tài)。
氣化爐SIS系統(tǒng)包括順序控制(開車、停車、吹掃順序)和氣化爐安全聯(lián)鎖。
(a)氣化爐開車順序：任務(wù)是使氣化裝置安全和協(xié)調(diào)地開車。在執(zhí)行開車順序前，應(yīng)檢查相關(guān)條件是否具備。
在完成相關(guān)步驟后，通過調(diào)整氧氣和蒸汽控制閥的開度建立氧氣和蒸汽放空，使水煤漿和氧氣流量達(dá)到開車設(shè)定值。當(dāng)滿足開車允許條件且穩(wěn)定時(shí)間大于30s后，可按下運(yùn)行按鈕繼續(xù)運(yùn)行開車順序。所有后續(xù)步驟，一直到氣化爐加壓，均自動(dòng)進(jìn)行，不須操作人員干預(yù)。
在開車順序中，如果任何不要求操作人員干預(yù)的順序步執(zhí)行時(shí)間超過預(yù)定的時(shí)限，則開車失敗并激發(fā)停車順序。DCS報(bào)警指示開車失敗，同時(shí)指示出失敗原因。
(b)氣化爐停車順序：無論何時(shí)，當(dāng)停車激發(fā)條件出現(xiàn)或按下手動(dòng)停車按鈕，均啟動(dòng)停車順序激發(fā)氣化裝置停車。停車順序是單向不可逆轉(zhuǎn)的，一旦被激發(fā)，就一直進(jìn)行下去直到結(jié)束，即使在處理過程中引起氣化裝置跳車的條件已恢復(fù)正常也如此。
由于停車可在任何情況下發(fā)生，故在停車的瞬間各閥門的位置是不固定的。因此停車順序的第一步動(dòng)作除了要切斷進(jìn)爐物料外，還需對(duì)各聯(lián)鎖程控閥的開關(guān)位置進(jìn)行設(shè)置。
(c)吹掃順序：吹掃分氧氣管線和水煤漿管線吹掃，遵循先吹氧管再吹水煤漿管、先停水煤漿管吹掃再停氧管吹掃的原則，在進(jìn)行水煤漿管吹掃期間，要持續(xù)進(jìn)行氧管吹掃，以防止水煤漿回流進(jìn)入氧管。吹掃可根據(jù)需要重復(fù)多次。
(d)安全聯(lián)鎖功能：安全聯(lián)鎖功能的作用是對(duì)裝置的運(yùn)行條件連續(xù)進(jìn)行監(jiān)視，在出現(xiàn)不安全情況時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作使裝置安全停車，以防止造成設(shè)備損壞或人員傷亡。開車投料期間，對(duì)相關(guān)動(dòng)作有嚴(yán)格的時(shí)間要求。安全系統(tǒng)設(shè)置有"看門狗"定時(shí)器，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有完成預(yù)定動(dòng)作，則激發(fā)氣化裝置停車。
2. 針對(duì)SHELL氣化爐的控制策略
SHELL氣化爐的控制主要包括磨煤系統(tǒng)聯(lián)機(jī)控制、氣化工序工藝聯(lián)鎖、SIS安全儀表系統(tǒng)控制(其需求與Texaco氣化爐類似)和一些復(fù)雜控制系統(tǒng)。
(1)磨煤系統(tǒng)聯(lián)機(jī)控制
(a)系統(tǒng)聯(lián)鎖停車
在下列工藝條件和操作下將啟動(dòng)系統(tǒng)停車聯(lián)鎖：煤稱量給料機(jī)給煤流量低低、磨機(jī)電機(jī)停、停車按鈕shut down。停車聯(lián)鎖啟動(dòng)后，自動(dòng)按以下步驟停車：皮帶輸送機(jī)停、煤稱量給料機(jī)停、磨機(jī)電機(jī)停。
(b)煤稱重給料機(jī)聯(lián)鎖條件：系統(tǒng)聯(lián)鎖停、煤稱重給料機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速低。
(2)氣化工序工藝聯(lián)鎖
(a)氣化開停車時(shí)序
碳洗塔出口壓力低于0.5MPa、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)復(fù)位、煤粉輸送、氧氣超時(shí)。
投煤后，延時(shí)7s，氧氣流量計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，時(shí)間40s，40s后氧氣放空閥關(guān)閉，氧氣切斷閥打開，如果閥位不正常，氣化爐聯(lián)鎖停車動(dòng)作。
(b)氣化聯(lián)鎖
包括系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)復(fù)位，磨煤系統(tǒng)運(yùn)行投煤，氣化爐聯(lián)鎖停車觸發(fā)器。
(c)鎖斗PLC邏輯程序
鎖斗控制包括"卸壓--清洗--排渣--充壓--集渣"等過程。涉及渣水工藝聯(lián)鎖、渣池?cái)嚢杵髀?lián)鎖、碳洗塔給料泵聯(lián)鎖、灰水泵聯(lián)鎖等。
(3)部分復(fù)雜控制系統(tǒng)說明
(a)氧煤比控制系統(tǒng)
粉煤流量的中值選擇--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--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--氧煤比控制采用標(biāo)準(zhǔn)比例功能和內(nèi)部?jī)x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(cè)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。
(b)氣化爐負(fù)荷控制
氣化爐負(fù)荷控制是為了防止氣化爐負(fù)荷
過大，設(shè)置了負(fù)荷變化速度限制器，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)置高選器，將測(cè)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遠(yuǎn)程給定的最終值。在氧氣回路上設(shè)置了低選器，將測(cè)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。提負(fù)荷值時(shí)，煤粉流量大于負(fù)荷給定值，被高選器選中，調(diào)節(jié)氧煤比，氧氣流量隨之增大；降負(fù)荷時(shí)，煤粉流量低于負(fù)荷給定值，被低選器選中，先降氧氣流量，再控制氧煤比，煤粉流量隨之下降。
(c)鎖斗邏輯系統(tǒng)說明
鎖斗PLC系統(tǒng)模式包括運(yùn)行，收渣，排渣模式。
涉及鎖斗安全閥、鎖斗進(jìn)口閥、鎖斗出口閥、鎖斗循環(huán)泵進(jìn)口閥、激冷室開關(guān)、激冷室液位等閥門及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)。
3. 甲醇合成控制策略
甲醇合成部分控制以簡(jiǎn)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)、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3沖量控制。
內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)的是進(jìn)鍋爐工段給水流量，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。
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)。
三 結(jié)束語
截至2005年底，浙大中控已為全球3000多家流程工業(yè)用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品與服務(wù)，涉及石化、化工、冶金、電力、建材、啤酒、造紙等多個(gè)行業(yè)，成功實(shí)施的工程項(xiàng)目達(dá)4000多個(gè)，其中包括大批典型和特色項(xiàng)目。浙大中控期待著與更多的煤制甲醇行業(yè)用戶共同進(jìn)步，以全面提升整個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化水平與經(jīng)濟(jì)效益。
