大型煤制乙二醇项目自控设计与应用

第22卷第5期仪器仪表用户 EIC Vo1.222015年10月 INSTRUMENTATION2015No.5大型煤制乙二醇项目自控设计与应用张振基,马勇(黔希煤化工投资有限责任公司,贵州黔西551500摘要:在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中,生产过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、分析等,通过对这些过程参数的自动控制,可使生产过程中产品的产量增加、质量提高、能耗减少和生产效率的提高,同时能保证装置的安全生产和运行。因此,生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段,仪表合理设计与应用是保证生产过程自动化的前提,是装置稳定运行的保障。关键词:煤化工;装置;乙二醇;设计选型中图分类号:TH文献标识码:A文章编号:1671-1041(2015)05-0081-03 Design and Application of Instrument Design for Large-Scale Coal to Ethylene Glycol Zhang Zhenji, Ma Yong Qianxi Coal Chemical Investment Co.Ltd. Qianxi,551500,China Abstract: In those industrial production such as the pe lurgy, electric power, light industry and building materials, the main parameters of the production process are temperature, pressure, flow, liquid level, analysis, etc., Through the automatic control of these process parameters to increase tion, improve quality, reduce energy consumption and improy uction process automation is an important means to maintain production stability, reduce ts, improve labor conditions, promote civilized only the premise to guaranteethe y and improve labor productivity. The reasonable design and application of instrument is not production, ensure production safety and improv Key words: coal chemical industry; plant; ethylene glycol; design and selection贵州某30万吨/年乙二醇项目是一个大型煤化工项目,1项目概述以煤制合成气为原料生产乙二醇。原煤气化后产生粗合成气,经二段耐硫宽温变换、低温甲醇洗后,脱除的酸性气项目所处地位于贵州西北部,属中亚热带温暖湿润气候区,最低温度-10.4℃,最高温度35.4℃,年平均相对湿体采用WSA工艺生产硫酸,净化后的合成气经H2CO分离度82%,海拔较高,大气压88.73kPa单元分离出纯H2和CO,CO气去草酸二甲酯装置合成草酸本项目以煤制合成气为原料生产乙二醇。项目主要包二甲酯,然后草酸二甲酯再去乙二醇合成单元与H2反应生成粗乙二醇,粗乙二醇经精馏后得到精乙二醇产品。在工括气化装置、净化装置、H2/CO分离装置、草酸二甲酯装置、艺装置中,自控仪表是装置的重要组成部分,性能良好的乙二醇装置、产品罐区、空分装置、火炬、热电装置、公自控仪表对于装置的稳定运行具有非常重要的作用。自控用系统以及配套的公用工程仪表主要分为两部分,现场仪表和控制系统。现场仪表包本项目生产装置工艺流程较长,采用的主要技术有:气化采用航天炉的HT-L加压粉煤气化技术,对煤种要求低,括温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、分析仪表、控制阀等,控制系统主要包括DCS系统、SIS系统、CCS系转化率高;采用部分耐硫变换工艺,调整合成气的氢碳比采用低温甲醇洗工艺脱硫脱碳及脱微量杂质,净化合成气统。下面就整个项目的自控设计及应用做一个阐述。中硫化氢和有机硫;采用WSA工艺制硫酸,流程成熟、简收稿日期:2015-08-28作者简介:张振基(1966-),男,大学,高级工程师,从事设备管理工作。82仪器仪表用户 INSTRUMENTATION第22卷单,硫回收率较高,运行成本低,尾气可达标排放;合成角度,控制器按每套锅炉及汽机相对独立设置。气中甲烷含量低的特点,采用低温CO冷箱+PSA流程,产在H2/CO分离装置、草酸二甲酯装置旁边设立就地就出高浓度的CO和H2;采用高化学技术-氧化偶联法乙二地机柜间,信号按就近原则进就地机柜间,操作按装置要醇生产工艺,通过羰化、加氢两个步骤,使合成气经草酸求分别在气化控制室和乙二醇控制室。二甲酯得到乙二醇产品。水处理装置按就近原则设立水处理控制室。本项目部分装置内介质为易燃、易爆,大部分防爆区根据装置的可靠性、稳定性要求,主装置包括气化装置、域为2区。其中热电装置煤输送和气化装置煤储运为粉尘净化装置、H2CO分离装置、空分装置、草酸二甲酯装置、防爆21区。乙二醇装置、产品罐区、热电装置采用进口产品,水处理采用国产产品。2自控设计原则3.2SIS系统根据化工装置规模、产品类型及与业主之间的技术交 SISSafety Instrumented System)具有高度安全性和可靠流,本项目自控设计原则如下:性,独立于DCS之外的安全系统,具有实现装置紧急停车采用分散型控制系统DCS对本设计范围内的生产装置和安全联锁所必需的基本功能3根据工艺装置的安全完实施过程检测、数据处理、过程控制、能量平衡核算、计整性等级要求,SIS设置如下:量管理、用电设备状态显示等,以提高全厂自动化水平、气化装置、净化装置SIS设置在气化控制室内。气化减轻劳动强度,降低生产成本。装置有900点左右,净化装置(包括净化、公用系统、氨根据工艺装置的安全完整性等级要求,采用安全仪表罐区)有110点左右,控制器按各装置相对独立设置。系统SIS对装置的设备和生产过程进行安全联锁保护,实乙二醇装置SIS设置在乙二醇控制室内,有100点左右。现生产安全、稳定、长期高效运行,保证人员和生产设备热电装置有160点左右。的安全、增强环境保护能力等。在HCO分离装置、草酸二甲酯装置旁边设立就地就装置中压缩机组采用机组专用控制系统完成装置压缩地机柜间,信号按就近原则进就地机柜间H2/CO分离装机机组的控制和安全联锁,实现生产安全、稳定、长期高置有200点左右,草酸二甲酯装置有1000点左右,控制器效运行,保证有关生产人员的安全、生产设备的寿命等。按各装置相对独立设置。现场仪表本着技术先进、安全可靠、维修方便和经济为了保证装置的安全联锁和生产安全运行,SIS采用进合理的原则进行设计。所选仪表选用全天候防护仪表,采口产品。用电子式智能式,并符合所在区域防爆和防护要求。3.3CCS系统3控制系统设计Cs(compressor control system)是一套以PLC为控制核心,用于机组逻辑顺序控制,PID控制,实时数据处理,本项目装置组成较多,各装置相互之间的联系不多,报警停机保护的自动控制系统,可完成机组及其辅助系统因此控制室按气化控制室、乙二醇控制室、锅炉控制室、的控制。机组控制系统自成体系,独立于DCS以外。本项目压缩机组数量较多,透平驱动离心压缩机组的3.1DCS系统有氨冰机、CO2压缩机组、CO压缩机组、尾气压缩机组, DCSDistributed Control System)具有过程控制(连续电机驱动的离心压缩机组有4套c压缩机组、两套H2压控制和离散控制)、操作、显示记录、报警、制表打印、缩机组。其中电机电机驱动的4套CO压缩机组每两套机信息管理、系统组态以及自诊断等基本功能根据装组采用一套机组控制系统,两套H2压缩机组共用一套机组置组成及控制室布置,DCS设置如下:控制系统,其它机组均采用独立的机组控制系统。压缩机气化装置、净化装置、H2/CO分离装置检测和控制在组采用专用的机组控制系统,能保证机组安全稳定运行,气化控制室内,空分装置离气化控制室较近,因此检测和机组控制系统均采用进口产品。控制也在气化控制室内。气化装置3套气化楼有5700点左右,净化装置1100点左右,H2/CO分离装置600点左右,4现场仪表设计空分装置800点左右。根据装置操作要求,各装置控制器根据工艺参数要求、安全可靠、维修方便、经济合理相对独立设置。性原则,并尽量考虑全厂统一性,同时考虑现场仪表的防草酸二甲酯装置、乙二醇装置、产品罐区监控在乙二爆要求,现场远传仪表一般选用电子式智能仪表。醇控制室,草酸二甲酯装置2200点左右,乙二醇装置和产4.1温度仪表品罐区1300点左右,控制器按各装置相对独立设置。热电装置包括锅炉和汽机,操作监控在热电控制室内,测量温度在300℃以下时,测温元件选用铠装热电阻(Pt100);测量温度在300℃以上时,测温元件选用铠装热电锅炉3套共3000点左右,汽机400点左右,从操作和维护偶。测温元件均带温度计套管,尽量采用法兰连接,温度第5期张振基·大型煤制乙二醇项目自控设计与应用83计套管的材质一般采用304不锈钢,对高温、高压管道采产品,以确保测量准确可靠。用特种钢的,套管材质不低于管道材质。就地温度指示采DMO脱轻塔回流罐轻组分DMC(液体)含量组分分析用抽芯式、万向型双金属温度计。草酸二甲酯反应器上测采用色谱分析仪,液体进样须确保所有组分气化后进入色温采用单支4点热电偶,采用5的铠装芯外径,安装在谱柱,同时需考虑介质组分中MN在加热气化的过程中易设备自带的密封套管。氧气混合器出口管道表面温度测量分解产生爆炸物,需选用有应用业绩厂商。选用抱箍式表面热电阻。锅炉排烟管道上氧含量测量采用直插式氧化锆分析仪。4.2压力仪表H2/CO装置中露点分析仪采用氧化铝探头,满足±2℃一般情况下,采用压力(差压)变送器;另根据介质粘堵、精度和63%响应时间小于5S的技术要求腐蚀等情况,分别选用远传式隔膜压力(差压)变送器4.51,烟气排放连续监测系统(CEMS)包含多组分一体化设毛细管填充液根据环境温度和介质温度选择,高温介质毛计的气体分析仪(含非色散红外吸收法s2、NOX分析及细管的填充液需。对氧气介质需考虑卤代烃填充液,对硝电化学2分析)、后散式粉尘分析仪、烟气参数测量系统(包酸介质需考虑采用钽膜片。DMO脱轻塔、DMC分离塔、甲含皮托管流速测量、温度、压力、湿度测量)需满足国家醇脱水塔压差采用电子远传式差压变送器。环境保护总局标准《固定污染源烟气排放连续监测系压力表原则上选用不锈钢弹簧管压力表。另根据介质统技术要求及检测方法(试行)》HJ/T76-2007的技术要求,粘堵、腐蚀等情况选用不锈钢隔膜压力表。泵出口选用分析系统提供网络接功能,向环保部门传输数据、图表等震压力表。各种水质分析仪有电导率分析仪、PH分析仪、余氯分析仪、浊度分析仪、COD分析仪、NH3-N分析仪等。涉及4.3流量仪表到环保监测仪表符合环保相关标准规范要求。流量测量原则上选用法兰取压孔板配差压变送器;DN300以上管道的流量检测选用节能型检测元件巴类流量4.6控制阀元件,DN50以下选用整体孔板;非关键场所,选用远传金原则上采用单座/套筒控制阀或蝶阀;蒸汽选用套筒阀属管转子流量计;对于干净介质的气体、蒸汽和液体采用有气蚀可能的场合选用抗气蚀阀噪音大时,选用低噪音阀涡街流量计。关键场合的气体测量要进行温压补偿。阀内组件至少为不锈钢。测量导电液体、脏污介质、带少量固体颗粒的介质采用于放空场合的控制阀,其泄漏量等级不低于ANSI用电磁流量计 Class V.DMO等粘稠的、少量结晶介质流量时采用靶式流量计。用于连续控制的控制阀均配智能型电气阀门定位器成品罐区装车流量计采用科式力质量流量计。切断阀一般选用球阀,对于大口径管道可选用三偏心检测生产污水出水流量采用巴歇尔槽带超声波探头的蝶阀明渠流量计控制阀的所有附件,包括电气阀门定位器、电磁阀、就地流量指示原则上选用金属管转子流量计。阀位开关及过滤减压器等均随控制阀配套整体供货。9.8MPa高压蒸汽的减温减压器采用一体式迷宫结构,4.4物位仪表阀门全开时间需满足1s要求。液位测量一般选用单法兰或双法兰液位变送器,当液H2/CO分离装置程控阀采用进口三偏心蝶阀,保证分位小于1500mm且介质洁净不易粘堵时,可采用浮筒液位计。子筛切换安全稳定运行。对真空度较高场合尽量避免使用法兰式液位变送器。对草酸二甲酯反应器联锁切断大蝶阀,需采用三偏心罐区液位测量采用雷达液位计蝶阀,采用弹回返回式单作用气缸执行机构,如采用双作氨罐液位测量采用电子远传式液位差压变送器和伺服用需配带储气罐,保证阀门在失气状态下能往返3个行程。液位计。物位联锁选用浮筒式液位开关、浮球液位开关,煤粉对H2介质阀门阀杆密封需采用双填料结构。仓采用音叉液位开关。5总结4.5分析仪表本项目中DMO合成和乙二醇合成软件包在国内投产项过程分析仪包含取样处理系统和分析机柜,预处理组目较少,DMO、DMC、MN等物料特性数据不是很清楚,件包括取样探头、取样处理单元、取样管线、标定系统和仪表在设计选型上存在困难和风险。乙二醇精馏单元中,废气排放等。分析仪应设置在分析小屋内。分析小屋内应在操作状况下真空度比较高,乙二醇的粘度较大,选用带提供气体监测报警系统以检测可燃和有毒气体的泄漏,必膜片压力仪表的填充液需考虑操作工况。DMO在53℃下就要时还应设氧气低报警系统。气体分析采用红外分析仪和凝固,仪表安装需考虑保温伴热。DMC在线色谱分析仪,色谱分析仪等。液体进样目前国内应用较少,需谨慎。MN测量采用红外分析仪,按软件包指定采购 HORIBA(下转第45页)第5期郭环宇·发电厂UPS电源并联冗余方案与工程实践45表2第个点的余差计算值3.2.3合成标准不确定度 Table 2 I-th point calculation of residual value测试值y标准值xa+bx(a+bx)a+bx2u()=(2(x)+()22(x)=2×5.76+256.92×62512103.599109.2-5.732.5104.899109.2-4419.4256.9=√2515.6+(251×6106.299109.2-3.09.0258.6251252.85.833.1=0.034=3.4%263.4251252.810.6111.4253.4251252.80.60.363.3相对扩展不确定度的评定942.8983944.61.83.2根据JJF1059.1-2012技术规范,取置信概率934.7983944.69.997.7p=95%,包含因子k=2,则相对扩展不确定度U为:956.2983944.611.6134.9根据表1和2中的数据计算得出:根据不确定度修约规则,取相对扩展不确定度Urel=,-(a+bx441.67%,k=2 S-1n-2 V9-2=7.94mg/kg4结束语99+251+983本文提出的计量性能指标是能够确保仪器分析结果准 X= -=444mg/kg确的最基本参数,仪器生产厂家、使用单位、检验机构等3可按照这些指标进行计量校准与检测,以保证测试项目和结果的一致性与准确性。线性误差的大小可反映仪器性能(x-x)2=1340385(mg/kg)2的优劣,本文以铬元素测试为例,详述了线性误差测量结果的不确定度评定过程。需要特别指出的是,在评定线性误差不确定度时,一定要注意不确定度的单位与测试结果取x为251mg/kg这一浓度点,则回归值x为256.9的单位相一致。 mg/kgo参考文献:张林艳,戴挺,能量色散X射线荧光光谱仪的现状现代仪u(x)=++x-x7+5-4=5.76mg/kg,能量bPnx-x)0.9453+9+1340385器,2008(5):50-53.[2杨明太,唐慧.能量色散X射线荧光光谱仪现状及其发展趋势核电子学与探测技术2011(12:1307-13113.2.2u(x)分量[3刘春,符斌在RoHS检测中大显身手的能量色散X射线荧本实验所用的标准物质,RoHS检测X荧光分析用聚光光谱仪中国仪器仪表200:5963铅成分分4Jg810-1993波长色散X射线荧光光谱仪检定规程[S丙烯中镉、铬、汞、铅成分给出的扩展不确,取5】Cnsg06:2006学分析中不确定度的评估指南其浓度为251mg/kg,其证书中给出的扩展不确定度为1216米娟层一元线性回归中的不确定度分析煤质技术,mg/kg(k=2),则铬元素的标准不确定度为6mg/kg故2014.(1)21-22 u(xsi)=6 mg/kgo7F1059.1-2012测量不确定度评定与表示(上接第83页)参考文献:3】中华人民共和国工业和信息化部,HG/T20573-2012分散型中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质控制系统工程设计规范[S]北京中国计划出版社2012:1-44.量监督检验检疫总局,GB/50702013石油化工安全仪表【4]国家石油和化学工业局,SH3005-1999石油化工自动化仪表系统设计规范[S].北京:中国计划出版社2012:1-60选型设计规范[S].北京:中国石化出版社,1999:1-442】中华人民共和国工业和信息化部,SH/T309-2013石油化工5中华人民共和国工业和信息化部,HG/T20507-2014自动化分散控制系统设计规范[s]北京中国石化出版社2014:1-87仪表选型设计规定[S].北京:中国计划出版社2014:109-168