首钢氧气厂30000m3／h制氧系统空压机和分子筛控制系统集成应用

首钢氧气厂30000m3／h制氧系统空压机和分子筛控制系统集成应用 首钢氧气厂30000m3,h制氧系统空压机和 分子筛控制系统集成应用 首钢氧气厂30000m3/h制氧系统空压机 和分子筛控制系统集成应用 陈国锋徐洪燕 (北京首钢自动化信息技术有限公司) 摘要通过对首钢氧气厂30000m/h制氧系统的空压机和分子筛原控制系统进行消 化吸收,完成了空 压机和分子筛控制系统的集成.同时,介绍了新控制系统的运行情况,并着重介绍 了对空压机防喘控制调 节的实现过程. 关键词压缩机分子筛防喘控制DCS ApplicationofAirCompressorandMolecularSieveControlSystem 0f30000m/hOxygenSysteminShougangQxygenPlant CHENGuofengXUHongyan (BeijingShougangAutomationInformationTechnologyCo.,Ltd.) AbstractThroughthedigestionofthecontrolsystemofaircompressorandmolecularsieveof 30000 m./hoxygensysteminShougangQxygenPlant,thenewcontrolsystemhasbeendeveloped.T he effectofthenewcontrolsystem,andtheanti— surgecontrolofcompressorhasbeendescribedin detailsinthepaper. KeyWordscompressor,molecularsieve,anti—surgecontrol,DCS 在空分领域,空分控制系统的集成一直保持 着随工艺和设备成套实施的运行格局,国内还没 有一家非空分设备制造厂商能够单独承担空分控 制系统项目.首钢氧气厂(简称氧气厂)30000 m/h制氧系统是1988年投入运行的全引进项 目,其控制系统分为以顺控为主的ESD设备及 以仪控为主的设备2部分.其中,以顺控为主 的ESD设备主要包括空压机,氧压机,氮压机 和分子筛;以仪控为主的设备主要包括精馏系统 和罐区系统.目前,该控制系统已运行2O多年, 大部分控制卡件已老化,且备件已不再生产,控 制卡件和联锁保护系统事故频发,严重影响制氧 系统的连续稳定运行,且联锁保护系统无报警记 录,难以及时判断事故原因,从而延误事故后机 组开车.近年来,由智能控制器所控制的空压机 防喘调节性能也越来越不稳定.对氧气厂30000 m./h制氧系统空压机和分子筛控制系统进行改 造已刻不容缓. 1项目实施目标 为实现氧气厂30000m/h制氧系统空压机 和分子筛的控制系统过程控制和联锁控制功能, 并结合生产实际对控制系统功能进行完善,具体 步骤如下: 1)消化吸收空压机和分子筛的总体控制思 路和关键控制因素,掌握空压机和分子筛在整个 制氧系统生产工艺中的联锁关系. 2)对空压机和分子筛控制系统的控制程序 进行解读,并结合30000m/h制氧系统的生产 陈国锋:2004年毕业于北京机械工业学院,现在首钢自动化信息技术有限公司 从事自动化技术支持工作,助理工程师.收稿/2009-12-16 工艺进行相关控制功能的分析和理解,同时需清 晰地理解控制功能和控制过程的各个连锁关系. 3)找出整套工艺设备的控制逻辑关系,并 将其转换成的控制功能图,完成新控制系统 的控制程序编制. 4)在不影响生产的情况下进行新控制柜的 设备安装和布线,并完成柜内的系统模拟测试. 5)利用30000m/h制氧系统中修进行系 统在线调试,并投入运行. 2系统功能设计 此次改造后的空压机和分子筛控制系统需实 现以下功能: 1)进行系统集成,实现系统的自动控制功 能.通过对原控制系统的解读,完成新控制系统 的集成,实现数据采集,过程控制,逻辑控制和 联锁控制等功能. 2)利用软件替代硬件,通过数学模型实现 智能化控制.利用软件响应速度快,稳定性高及 成本低的特点,通过程序替代原智能控制器,完 成空压机防喘调节控制和导叶控制功能,解决原 系统防喘调节控制不稳定的问题,并完善其防喘 调节功能.同时,增加防喘曲线监控画面,实现 空压机防喘动态实时监控和预警提示. , 3)实现数字化显示,使操作更加直观,便 捷.给空压机和分子筛控制系统增加上位操作系 统,以便实时掌控整个生产.同时,将控制 系统的重要设备运行状态和过程数据归档,以便 过程分析和查找故障原因. 4)实现控制系统操作一体化.原控制系统 中空压机和精馏系统的操作盘分别设置在现场和 主控室,机组每次起动均需现场与主控室进行配 合操作,且运行过程中的过程数据也需到现场手 工.通过此次改造,可实现对30000in/h 制氧机组的集中操作. 3系统实现 3.1新控制系统介绍 新空压机和分子筛控制系统根据原控制柜物 理位置的布置情况,以分子筛控制系统为本地节 点,以空压机控制系统为远程节点,并将原控制 柜作为节点的中间端子柜,合理利用现有资源, 降低改造成本.新控制系统采用冗余配置,即控 制器冗余,电源模块冗余,通讯模块冗余,控制 网络冗余及上位监控冗余模式,以保证控制系统 的安全性和稳定性.新空压机和分子筛控制系统 硬件配置如图1所示. l匹=== ;【一——I一 . — ~ —一—— -- .. 匿; L. ] l- l {:__,j —] 霾; 上位操作系统 i 工程师站 =鲁操作员站 ll|誉 ;操作员站 | 一..一一..一 图1新空压机和分子筛控制系统硬件配置 由图1可见,新空压机和分子筛控制系统通 过控制网络连接到精馏系统中,并与其共用上位 操作系统,同时增加了1台操作员站,实现了操 作一体化. 3.2空压机防喘调节控制 防喘调节控制是所有大型机组中最重要的安 全控制,其目的是使压缩机工况点始终处于限定 范围内,而不进入喘振区域,以确保机组的安全 运行.氧气厂30000m/h空压机采用轴流一离 心复合式压缩机技术,具有轴流式和离心式技术 的优点,但其防喘调节控制范围较小,对整个控 制系统要求较高. 防喘调节控制系统可实现以下功能: 1)自动加载和卸载功能,且无扰动调节. 2)在防喘调节控制过程中可实现压力调 节,流量调节,手动控制取大值输出来控制防喘 阀的开度,同时在调节过程中可实现无扰动输 出,并能在原阀位位置迅速动作. 3)当手动控制输出的减小引起压力调节或 流量调节发生变化时,手动控制输出继续减小时 不能对阀位产生影响,只有当手动控制输出增大 至大于压力调节或流量调节的输出时才能对阀位 产生影响. 空压机防喘控制功能框图如图2所示. 手动控制 出口压力ll入口流量ll一段入口压力 型I墨!}.}__1堕塑塑里二—— I取大值输出I 防喘阀快开慢关特性曲线—防喘阀控制 图2空压机防喘控制功能框图 空压机防喘控制回路对出口压力调节采用正 向调节控制,当过程值大于设定值时即打开防喘 阀.同时,新控制系统取16个不同的空压机一 段人口压力,将其转换成相应的流量监测点后, 拟合成一条曲线,作为该空压机的防喘曲线.当 工况点进入防喘曲线2%范围内时控制系统报 警,若工况点继续接近并超过防喘曲线,则控制 系统将自动打开防喘阀,以保证空压机正常运 转.手动控制用于手动给定,在空压机控制系统 投入前通过手动给定缓慢关闭防喘阀.对手动控 制,压力调节和流量调节进行取大值输出,结合 防喘阀快开慢关特性曲线,最终实现防喘阀的自 动控制.同时,在上位操作系统中还增加了空压 机防喘曲线监控画面(见图3),以便实时监控 空压机工况. 图3空压机防喘曲线监控画面 此外,若空压机的工况点超过防喘曲线 5%,且进行了防喘调节,则在不停机且保证机 组安全的情况下,控制系统会自动将防喘曲线右 移1%,以保护空压机机组,但右移次数不能超 过5次,即防喘曲线最多只能右移5%.停机后 生产人员需对机组进行仔细检查,确认设备正常 后可通过控制柜柜门上的复位按钮取消防喘曲线 的右移保护. 4系统运行情况 新空压机和分子筛控制系统实现了空压机和 分子筛的可视化操作,使生产人员能够更及时, 准确地掌握空压机和分子筛的工作进程和状态, 保证了操作的准确性,为应对紧急情况提供更加 从容,快捷的操作,降低了故障停机的可能,有 效地防止了意外事故的发生,提高了机组的安全 性和稳定性.同时,重要过程数据归档功能使得 故障分析和判断处理更加方便,灵活. 新空压机和分子筛控制系统实现了高可靠, 高效益和稳定运行的宗旨,经过将近1年的运 行,30000m/h制氧系统未发生因控制系统故 障而停车的事故,为首钢其他生产厂稳定地供应 了氧气和氮气等气体,在能源供应和增加效益方 面做出了贡献. 5结语 首钢氧气厂30000m/h制氧系统空压机和 分子筛新控制系统集成是首钢独立承担的通过消 化吸收原引进控制系统自主集成研究的一次成功 实践,实现了首钢自动化集成在空分领域的突 破,为首钢进行大型机组设备自动控制系统的自 主研发和集成奠定了坚实的基础. 编辑/高东梅