张鹏飞
河南龙宇煤化工有限公司
摘要：化工生产对装置运行的安全性和连续性要求较高，本文以某公司煤制甲醇生产装置为基础，根据装置多年运行情况，依照最新的相关标准和规范要求，在现有控制系统以及设备设施基础上，针对装置运行中较为突出的薄弱环节以及故障点，对原设计工艺自动控制方案、成套设备控制操作方案、大型设备联锁保护逻辑等进行改进优化，提高装置运行安全性和稳定性，提升装置自动化控制水平，增强工厂数据集中采集能力，降低工人操作劳动强度，同时对同类装置具有较强的推广借鉴价值。
关键词：甲醇装置， 自动控制， 优化
一 项目可行性分析
生产装置经过多年运行，故障突出点较为明显，操作和巡检强度大的设备较为突出。
1、项目需解决的问题明确，即装置运行中的突出问题以及薄弱环节；
2、工厂运行多年，维护及操作人员对装置及现场设备情况十分了解，给项目实施提供了充足的技术方案支持；
3、DCS系统通过多年运行观察，十分稳定，可靠性能得到了充分验证，保证了项目实施后达到预期的自动化控制水平和安全性能；
4、项目实施需更新的新设备，在类似工况条件下已得到充分的考验证明；所采用的优化后的技术控制方案，满足国家和行业相关标准规范要求；
5、项目可分段、逐步实施，资金需求低，技术人员能自己控制项目实施、调试及验收。
综上，该项目实施的内外部条件均较充分，项目的实施对工厂生产装置具有承前启后的作用，解决了积存多年的痼疾，给装置下一阶段长周期稳定运行提供足够的保证。
二 实施项目解决的主要问题
1、粉煤加压输送单元泄压阀故障问题；
2、煤气化装置磨煤机系统成套设备老化，故障频发且不易追溯；
3、煤气化给煤机系统成套设备老化，故障频发且不易追溯；
4、酸脱装置塔器液位仪表故障带来高低压互串风险大；
5、高速泵油压联锁易误动；
6、大型离心机组油泵、凝泵操作复杂，联锁设置有缺陷。
三 项目实施依据以及基本要求
该项目改造依据SHELL设计工艺包、中国五环工程有限公司的相关设计资料、设备厂家资料，施工依据为《GB 50093-2013 自动化仪表工程施工及质量验收规范》。
项目实施的基本要求，参照工艺多年运行操作经验，依托装置现有集散控制系统；弱化或删减现场设备参与控制的功能，扩展集散控制系统控制能力；数据统一处理，实现集中操作；补齐操作或设备短板，提升自动化水平和安全性能。
四 项目技术方案以及实施效果
1、煤气化粉煤加压输送单元顺序控制方案优化
煤气化粉煤加压输送单元在装置多年运行中，因泄压阀故障导致粉煤输送控制延迟甚至导致装置降负荷情况多有发生，且该阀门位置较高，现场环境复杂，故障处理难度较大，处理期间风险较大。
问题所在：一是阀门问题，硬密封球阀能够保证密封效果，但是在该工况下运行，因压差大且开关频次较高，不能满足长周期运行要求；二是阀门故障处理时，需工艺手动操作，且需要频繁在线修改并测试顺序控制程序，增加工作量；三是泄压过程不灵活，不利于工艺应急处理和快速交出。
项目组根据现场管道布置、泄压孔板尺寸、阀门选型、泄压时间等数据的分析，提出优化泄压阀选型，同时实施了单步泄压、实时调整控制的方案，对泄压顺序控制方案进行优化，提高了装置运行连续性。
2、煤气化装置磨机控制方案优化
煤气化磨煤机是该装置最大的动设备，其安全稳定运行是整个装置稳定运行的最基本最基础要求。因该设备的相关控制由厂家成套提供，安装现场环境较恶劣，控制柜内元器件及线路易受现场环境影响，在故障时难以追溯故障数据并加以分析。
项目组通过对厂家图纸资料和PLC程序的探讨研究，决定将该设备的相关监测数据、启停操作、逻辑保护等功能移植入DCS中。通过实施改造，设备运行数据融进了DCS系统平台，提升了动设备运行稳定性，动设备的保护性能得到提升，有利于设备异常时的数据分析以及事件记录。
3、给煤机系统成套设备控制操作方案优化
给煤机系统原设计使用日本大和CFC系列给煤机控制器，出入口阀门、清扫链、主电机的启停控制需经该控制器将信号转接后实现，给煤机的变频调节控制也经过该控制器将信号转接后送变频器，这种模式对给煤机控制器的稳定性能要求极高。在装置运行期间，该控制器故障异常时，不仅无法实现给煤量的测量传输，而且无法人为启动给煤机相关动设备。
通过对给煤机离线功能测试，项目组拟定设备控制方案，将出入口阀门、清扫链、主电机的启停控制和变频调节功能转入远程DCS系统实现，仅保留控制器对瞬时输送粉煤流量的测量和远程数据传送功能，实现了集中操作、数据监控的要求。
4、低温甲醇洗装置防止高低压互串，安全性能提升优化
低温甲醇洗是变换的下游装置，其作用是将粗变换气中的H2S和CO2脱除到要求的控制指标，同时还起到脱除变换气中NH3、HCN、HCl和羰基化合物的作用，为甲醇合成提供干净的原料气，并为煤气化装置提供CO2气和为硫回收装置提供克劳斯气。
在生产过程工艺压力转换交接环节，按照原设计使用单液位计进行监测、控制甚至联锁，存在较大的高低压互串风险；另该装置的1泵、2泵、3泵在整个工艺流程中十分关键，在高低压互串时，将对该泵造成严重的损伤。该装置目前存在以下问题：
1、装置运行压力较高，高低压转换较多，对仪表设备的可靠性要求较高；
2、单液位仪表参与关键工艺参数的监测和控制，仪表发生故障时，极易导致装置运行工况波动，甚至造成联锁动作引起装置停车或者高低压系统互串事故；
3、多数液位仪表安装在塔器设备上，且安装位置均较高，巡检难度大；
4、液位仪表故障时给机泵运行带来风险。
改造方案：增加双液位计测量，将两个液位信号均引至DCS中，即使一台液位计异常或故障时，另一台依然可为参考；同时修改完善联锁为双液位计随时可以无扰切换参与联锁保护。改造后，既提高了装置运行可靠性，又降低甚至消除了高低压互串带来的巨大隐患。
5、高速泵油压联锁优化
两台气化炉高速泵分别为气化炉运行期间提供高压工艺水和高压补充水，任何一台机泵出现问题，都将直接导致装置运行故障甚至停车。
原设计高压工艺水罐和高压补充水罐均各有一个浮筒式高液位及低液位报警开关信号，辅助油泵的润滑油压力信号为压力开关，并参与泵的联锁。该设计及仪表选用存在以下问题：
1、浮筒液位开关内部可动部件极易被污物堵塞甚至腐蚀损坏，导致仪表故障而触发联锁误动作；
2、润滑油压力检测使用压力开关和就地压力表，中控无法监控实际参数；
3、单独仪表测点参与重要设备联锁保护，易发生联锁误动作。
改造方案：
使用压力变送器仪表替代浮筒液位开关测量液位，使用两个液位测量信号的平均值进行液位调节，使用两个液位测量信号的低报警值二取二联锁高速泵；使用压力变送器仪表替代现场压力开关测量润滑油压力，低报警值联锁高速泵。
改造后效果：
1、避免因液位开关故障带来的高速泵联锁误动作；
2、双液位测量，可对比数据监控，保证液位调节系统准确稳定；
3、方便中控操作人员实时监控高速泵润滑油压力；
4、确保联锁投用正常，提高装置联锁投用率和自控率。
6、透平机组油泵、凝泵联锁优化
机组作为整个生产过程中能量提升和输送的关键设备，其运行稳定性是生产装置安全稳定运行的最基本要求。而油泵、凝泵作为透平机组的重要附属设备，其运行性能和效果，直接影响到机组运行性能和效果。
原厂家和设计资料均将就地启停操作归入电气控制回路，将DCS远程启停控制单独做控制节点。在设备长期运行中，将出现以下问题：
1）控制回路节点多，故障点就多，机泵运行出现问题时候难以快速锁定故障点；
2）就地/远程转换开关、就地启停按钮的操作，没有任何记录，设备运行异常时无法追溯查询操作情况；
3）机泵联锁保护设置不完善。
通过对比西门子透平机组油泵凝泵操作控制和联锁保护设置，为确保大型动设备尤其是透平机组的安全稳定运行，对透平机组油泵凝泵操作控制及联锁保护进行优化：
首先，将现场机泵操作柱上面的转换开关位置信号、就地启停按钮信号引入控制系统内；其次，在控制系统内做机泵操作的就地手动、控制室手动和联锁自动三种方式；最后，增加机泵互备联锁。
优化后，降低了工艺操作人员劳动强度，提高了工厂自动化控制水平，增强了装置运行安全性能；便于装置集中操作，提高了动设备运行可靠性，为生产装置下一阶段的长周期运行提供了保障。
五 项目整体运行效果和效益分析
通过该项目的研究与实施应用，能够消除生产装置运行中的薄弱环节和易发生故障点，更加充分的利用和开发工厂现有集散控制系统的功能，提高本企业生产装置的自动化水平，提升动设备运行稳定性能和效率，降低工人操作劳动强度，同时也更加有利于数据的集中处理与采集，为下一步推动智慧工厂建设提供了数据支撑；对于行业内的同类装置，具有借鉴作用。本项目实施后，主装置生产薄弱环节得到强化改善，工厂生产数据的集约化得以集中到一个平台上，成套控制设备的远程监视和控制程度大大提高，提升了工厂自动化水平，符合新型化工企业大数据、自动化智能化、可持续发展的特点。
参考文献：
[1]《GB 50093-2013 自动化仪表工程施工及质量验收规范》。
[2]《GB-T 25921-2010 电气和仪表回路检验规范》
[3]《GB-T 26480-2011 阀门的检验和校验》
[4]《壳牌煤气化工艺 Shell Coal Gasification Process（SCGP）》