第22卷第5期儀器儀表用戶 EIC Vo1.222015年10月 INSTRUMENTATION2015No.5大型煤制乙二醇項(xiàng)目自控設(shè)計(jì)與應(yīng)用張振基,馬勇(黔希煤化工投資有限責(zé)任公司,貴州黔西551500摘要:在石油、化工、冶金、電力、輕工和建材等工業(yè)生產(chǎn)中,生產(chǎn)過程的主要參數(shù)有溫度、壓力、流量、液位、分析等,通過對這些過程參數(shù)的自動控制,可使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高、能耗減少和生產(chǎn)效率的提高,同時能保證裝置的安全生產(chǎn)和運(yùn)行。因此,生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、降低成本、改善勞動條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段,儀表合理設(shè)計(jì)與應(yīng)用是保證生產(chǎn)過程自動化的前提,是裝置穩(wěn)定運(yùn)行的保障。關(guān)鍵詞:煤化工;裝置;乙二醇;設(shè)計(jì)選型中圖分類號:TH文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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貴州某30萬噸/年乙二醇項(xiàng)目是一個大型煤化工項(xiàng)目,1項(xiàng)目概述以煤制合成氣為原料生產(chǎn)乙二醇。原煤氣化后產(chǎn)生粗合成氣,經(jīng)二段耐硫?qū)挏刈儞Q、低溫甲醇洗后,脫除的酸性氣項(xiàng)目所處地位于貴州西北部,屬中亞熱帶溫暖濕潤氣候區(qū),最低溫度-10.4℃,最高溫度35.4℃,年平均相對濕體采用WSA工藝生產(chǎn)硫酸,凈化后的合成氣經(jīng)H2CO分離度82%,海拔較高,大氣壓88.73kPa單元分離出純H2和CO,CO氣去草酸二甲酯裝置合成草酸本項(xiàng)目以煤制合成氣為原料生產(chǎn)乙二醇。項(xiàng)目主要包二甲酯,然后草酸二甲酯再去乙二醇合成單元與H2反應(yīng)生成粗乙二醇,粗乙二醇經(jīng)精餾后得到精乙二醇產(chǎn)品。在工括氣化裝置、凈化裝置、H2/CO分離裝置、草酸二甲酯裝置、藝裝置中,自控儀表是裝置的重要組成部分,性能良好的乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區(qū)、空分裝置、火炬、熱電裝置、公自控儀表對于裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的作用。自控用系統(tǒng)以及配套的公用工程儀表主要分為兩部分,現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場儀表包本項(xiàng)目生產(chǎn)裝置工藝流程較長,采用的主要技術(shù)有:氣化采用航天爐的HT-L加壓粉煤氣化技術(shù),對煤種要求低,括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、液位儀表、分析儀表、控制閥等,控制系統(tǒng)主要包括DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、CCS系轉(zhuǎn)化率高;采用部分耐硫變換工藝,調(diào)整合成氣的氫碳比采用低溫甲醇洗工藝脫硫脫碳及脫微量雜質(zhì),凈化合成氣統(tǒng)。下面就整個項(xiàng)目的自控設(shè)計(jì)及應(yīng)用做一個闡述。中硫化氫和有機(jī)硫;采用WSA工藝制硫酸,流程成熟、簡收稿日期:2015-08-28作者簡介:張振基(1966-),男,大學(xué),高級工程師,從事設(shè)備管理工作。82儀器儀表用戶 INSTRUMENTATION第22卷單,硫回收率較高,運(yùn)行成本低,尾氣可達(dá)標(biāo)排放;合成角度,控制器按每套鍋爐及汽機(jī)相對獨(dú)立設(shè)置。氣中甲烷含量低的特點(diǎn),采用低溫CO冷箱+PSA流程,產(chǎn)在H2/CO分離裝置、草酸二甲酯裝置旁邊設(shè)立就地就出高濃度的CO和H2;采用高化學(xué)技術(shù)-氧化偶聯(lián)法乙二地機(jī)柜間,信號按就近原則進(jìn)就地機(jī)柜間,操作按裝置要醇生產(chǎn)工藝,通過羰化、加氫兩個步驟,使合成氣經(jīng)草酸求分別在氣化控制室和乙二醇控制室。二甲酯得到乙二醇產(chǎn)品。水處理裝置按就近原則設(shè)立水處理控制室。本項(xiàng)目部分裝置內(nèi)介質(zhì)為易燃、易爆,大部分防爆區(qū)根據(jù)裝置的可靠性、穩(wěn)定性要求,主裝置包括氣化裝置、域?yàn)?區(qū)。其中熱電裝置煤輸送和氣化裝置煤儲運(yùn)為粉塵凈化裝置、H2CO分離裝置、空分裝置、草酸二甲酯裝置、防爆21區(qū)。乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區(qū)、熱電裝置采用進(jìn)口產(chǎn)品,水處理采用國產(chǎn)產(chǎn)品。2自控設(shè)計(jì)原則3.2SIS系統(tǒng)根據(jù)化工裝置規(guī)模、產(chǎn)品類型及與業(yè)主之間的技術(shù)交 SISSafety Instrumented System)具有高度安全性和可靠流,本項(xiàng)目自控設(shè)計(jì)原則如下:性,獨(dú)立于DCS之外的安全系統(tǒng),具有實(shí)現(xiàn)裝置緊急停車采用分散型控制系統(tǒng)DCS對本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的生產(chǎn)裝置和安全聯(lián)鎖所必需的基本功能3根據(jù)工藝裝置的安全完實(shí)施過程檢測、數(shù)據(jù)處理、過程控制、能量平衡核算、計(jì)整性等級要求,SIS設(shè)置如下:量管理、用電設(shè)備狀態(tài)顯示等,以提高全廠自動化水平、氣化裝置、凈化裝置SIS設(shè)置在氣化控制室內(nèi)。氣化減輕勞動強(qiáng)度,降低生產(chǎn)成本。裝置有900點(diǎn)左右,凈化裝置(包括凈化、公用系統(tǒng)、氨根據(jù)工藝裝置的安全完整性等級要求,采用安全儀表罐區(qū))有110點(diǎn)左右,控制器按各裝置相對獨(dú)立設(shè)置。系統(tǒng)SIS對裝置的設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行安全聯(lián)鎖保護(hù),實(shí)乙二醇裝置SIS設(shè)置在乙二醇控制室內(nèi),有100點(diǎn)左右?，F(xiàn)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、長期高效運(yùn)行,保證人員和生產(chǎn)設(shè)備熱電裝置有160點(diǎn)左右。的安全、增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)能力等。在HCO分離裝置、草酸二甲酯裝置旁邊設(shè)立就地就裝置中壓縮機(jī)組采用機(jī)組專用控制系統(tǒng)完成裝置壓縮地機(jī)柜間,信號按就近原則進(jìn)就地機(jī)柜間H2/CO分離裝機(jī)機(jī)組的控制和安全聯(lián)鎖,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、長期高置有200點(diǎn)左右,草酸二甲酯裝置有1000點(diǎn)左右,控制器效運(yùn)行,保證有關(guān)生產(chǎn)人員的安全、生產(chǎn)設(shè)備的壽命等。按各裝置相對獨(dú)立設(shè)置?，F(xiàn)場儀表本著技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維修方便和經(jīng)濟(jì)為了保證裝置的安全聯(lián)鎖和生產(chǎn)安全運(yùn)行,SIS采用進(jìn)合理的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。所選儀表選用全天候防護(hù)儀表,采口產(chǎn)品。用電子式智能式,并符合所在區(qū)域防爆和防護(hù)要求。3.3CCS系統(tǒng)3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Cs(compressor control system)是一套以PLC為控制核心,用于機(jī)組邏輯順序控制,PID控制,實(shí)時數(shù)據(jù)處理,本項(xiàng)目裝置組成較多,各裝置相互之間的聯(lián)系不多,報警停機(jī)保護(hù)的自動控制系統(tǒng),可完成機(jī)組及其輔助系統(tǒng)因此控制室按氣化控制室、乙二醇控制室、鍋爐控制室、的控制。機(jī)組控制系統(tǒng)自成體系,獨(dú)立于DCS以外。本項(xiàng)目壓縮機(jī)組數(shù)量較多,透平驅(qū)動離心壓縮機(jī)組的3.1DCS系統(tǒng)有氨冰機(jī)、CO2壓縮機(jī)組、CO壓縮機(jī)組、尾氣壓縮機(jī)組, DCSDistributed Control System)具有過程控制(連續(xù)電機(jī)驅(qū)動的離心壓縮機(jī)組有4套c壓縮機(jī)組、兩套H2壓控制和離散控制)、操作、顯示記錄、報警、制表打印、縮機(jī)組。其中電機(jī)電機(jī)驅(qū)動的4套CO壓縮機(jī)組每兩套機(jī)信息管理、系統(tǒng)組態(tài)以及自診斷等基本功能根據(jù)裝組采用一套機(jī)組控制系統(tǒng),兩套H2壓縮機(jī)組共用一套機(jī)組置組成及控制室布置,DCS設(shè)置如下:控制系統(tǒng),其它機(jī)組均采用獨(dú)立的機(jī)組控制系統(tǒng)。壓縮機(jī)氣化裝置、凈化裝置、H2/CO分離裝置檢測和控制在組采用專用的機(jī)組控制系統(tǒng),能保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,氣化控制室內(nèi),空分裝置離氣化控制室較近,因此檢測和機(jī)組控制系統(tǒng)均采用進(jìn)口產(chǎn)品?？刂埔苍跉饣刂剖覂?nèi)。氣化裝置3套氣化樓有5700點(diǎn)左右,凈化裝置1100點(diǎn)左右,H2/CO分離裝置600點(diǎn)左右,4現(xiàn)場儀表設(shè)計(jì)空分裝置800點(diǎn)左右。根據(jù)裝置操作要求,各裝置控制器根據(jù)工藝參數(shù)要求、安全可靠、維修方便、經(jīng)濟(jì)合理相對獨(dú)立設(shè)置。性原則,并盡量考慮全廠統(tǒng)一性,同時考慮現(xiàn)場儀表的防草酸二甲酯裝置、乙二醇裝置、產(chǎn)品罐區(qū)監(jiān)控在乙二爆要求,現(xiàn)場遠(yuǎn)傳儀表一般選用電子式智能儀表。醇控制室,草酸二甲酯裝置2200點(diǎn)左右,乙二醇裝置和產(chǎn)4.1溫度儀表品罐區(qū)1300點(diǎn)左右,控制器按各裝置相對獨(dú)立設(shè)置。熱電裝置包括鍋爐和汽機(jī),操作監(jiān)控在熱電控制室內(nèi),測量溫度在300℃以下時,測溫元件選用鎧裝熱電阻(Pt100);測量溫度在300℃以上時,測溫元件選用鎧裝熱電鍋爐3套共3000點(diǎn)左右,汽機(jī)400點(diǎn)左右,從操作和維護(hù)偶。測溫元件均帶溫度計(jì)套管,盡量采用法蘭連接,溫度第5期張振基·大型煤制乙二醇項(xiàng)目自控設(shè)計(jì)與應(yīng)用83計(jì)套管的材質(zhì)一般采用304不銹鋼,對高溫、高壓管道采產(chǎn)品,以確保測量準(zhǔn)確可靠。用特種鋼的,套管材質(zhì)不低于管道材質(zhì)。就地溫度指示采DMO脫輕塔回流罐輕組分DMC(液體)含量組分分析用抽芯式、萬向型雙金屬溫度計(jì)。草酸二甲酯反應(yīng)器上測采用色譜分析儀,液體進(jìn)樣須確保所有組分氣化后進(jìn)入色溫采用單支4點(diǎn)熱電偶,采用5的鎧裝芯外徑,安裝在譜柱,同時需考慮介質(zhì)組分中MN在加熱氣化的過程中易設(shè)備自帶的密封套管。氧氣混合器出口管道表面溫度測量分解產(chǎn)生爆炸物,需選用有應(yīng)用業(yè)績廠商。選用抱箍式表面熱電阻。鍋爐排煙管道上氧含量測量采用直插式氧化鋯分析儀。4.2壓力儀表H2/CO裝置中露點(diǎn)分析儀采用氧化鋁探頭,滿足±2℃一般情況下,采用壓力(差壓)變送器;另根據(jù)介質(zhì)粘堵、精度和63%響應(yīng)時間小于5S的技術(shù)要求腐蝕等情況,分別選用遠(yuǎn)傳式隔膜壓力(差壓)變送器4.51,煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)包含多組分一體化設(shè)毛細(xì)管填充液根據(jù)環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度選擇,高溫介質(zhì)毛計(jì)的氣體分析儀(含非色散紅外吸收法s2、NOX分析及細(xì)管的填充液需。對氧氣介質(zhì)需考慮鹵代烴填充液,對硝電化學(xué)2分析)、后散式粉塵分析儀、煙氣參數(shù)測量系統(tǒng)(包酸介質(zhì)需考慮采用鉭膜片。DMO脫輕塔、DMC分離塔、甲含皮托管流速測量、溫度、壓力、濕度測量)需滿足國家醇脫水塔壓差采用電子遠(yuǎn)傳式差壓變送器。環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系壓力表原則上選用不銹鋼彈簧管壓力表。另根據(jù)介質(zhì)統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法(試行)》HJ/T76-2007的技術(shù)要求,粘堵、腐蝕等情況選用不銹鋼隔膜壓力表。泵出口選用分析系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接功能,向環(huán)保部門傳輸數(shù)據(jù)、圖表等震壓力表。各種水質(zhì)分析儀有電導(dǎo)率分析儀、PH分析儀、余氯分析儀、濁度分析儀、COD分析儀、NH3-N分析儀等。涉及4.3流量儀表到環(huán)保監(jiān)測儀表符合環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。流量測量原則上選用法蘭取壓孔板配差壓變送器;DN300以上管道的流量檢測選用節(jié)能型檢測元件巴類流量4.6控制閥元件,DN50以下選用整體孔板;非關(guān)鍵場所,選用遠(yuǎn)傳金原則上采用單座/套筒控制閥或蝶閥;蒸汽選用套筒閥屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì);對于干凈介質(zhì)的氣體、蒸汽和液體采用有氣蝕可能的場合選用抗氣蝕閥噪音大時,選用低噪音閥渦街流量計(jì)。關(guān)鍵場合的氣體測量要進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。閥內(nèi)組件至少為不銹鋼。測量導(dǎo)電液體、臟污介質(zhì)、帶少量固體顆粒的介質(zhì)采用于放空場合的控制閥,其泄漏量等級不低于ANSI用電磁流量計(jì) Class V.DMO等粘稠的、少量結(jié)晶介質(zhì)流量時采用靶式流量計(jì)。用于連續(xù)控制的控制閥均配智能型電氣閥門定位器成品罐區(qū)裝車流量計(jì)采用科式力質(zhì)量流量計(jì)。切斷閥一般選用球閥,對于大口徑管道可選用三偏心檢測生產(chǎn)污水出水流量采用巴歇爾槽帶超聲波探頭的蝶閥明渠流量計(jì)控制閥的所有附件,包括電氣閥門定位器、電磁閥、就地流量指示原則上選用金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。閥位開關(guān)及過濾減壓器等均隨控制閥配套整體供貨。9.8MPa高壓蒸汽的減溫減壓器采用一體式迷宮結(jié)構(gòu),4.4物位儀表閥門全開時間需滿足1s要求。液位測量一般選用單法蘭或雙法蘭液位變送器,當(dāng)液H2/CO分離裝置程控閥采用進(jìn)口三偏心蝶閥,保證分位小于1500mm且介質(zhì)潔凈不易粘堵時,可采用浮筒液位計(jì)。子篩切換安全穩(wěn)定運(yùn)行。對真空度較高場合盡量避免使用法蘭式液位變送器。對草酸二甲酯反應(yīng)器聯(lián)鎖切斷大蝶閥,需采用三偏心罐區(qū)液位測量采用雷達(dá)液位計(jì)蝶閥,采用彈回返回式單作用氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu),如采用雙作氨罐液位測量采用電子遠(yuǎn)傳式液位差壓變送器和伺服用需配帶儲氣罐,保證閥門在失氣狀態(tài)下能往返3個行程。液位計(jì)。物位聯(lián)鎖選用浮筒式液位開關(guān)、浮球液位開關(guān),煤粉對H2介質(zhì)閥門閥桿密封需采用雙填料結(jié)構(gòu)。倉采用音叉液位開關(guān)。5總結(jié)4.5分析儀表本項(xiàng)目中DMO合成和乙二醇合成軟件包在國內(nèi)投產(chǎn)項(xiàng)過程分析儀包含取樣處理系統(tǒng)和分析機(jī)柜,預(yù)處理組目較少,DMO、DMC、MN等物料特性數(shù)據(jù)不是很清楚,件包括取樣探頭、取樣處理單元、取樣管線、標(biāo)定系統(tǒng)和儀表在設(shè)計(jì)選型上存在困難和風(fēng)險。乙二醇精餾單元中,廢氣排放等。分析儀應(yīng)設(shè)置在分析小屋內(nèi)。分析小屋內(nèi)應(yīng)在操作狀況下真空度比較高,乙二醇的粘度較大,選用帶提供氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)以檢測可燃和有毒氣體的泄漏,必膜片壓力儀表的填充液需考慮操作工況。DMO在53℃下就要時還應(yīng)設(shè)氧氣低報警系統(tǒng)。氣體分析采用紅外分析儀和凝固,儀表安裝需考慮保溫伴熱。DMC在線色譜分析儀,色譜分析儀等。液體進(jìn)樣目前國內(nèi)應(yīng)用較少,需謹(jǐn)慎。MN測量采用紅外分析儀,按軟件包指定采購 HORIBA(下轉(zhuǎn)第45頁)第5期郭環(huán)宇·發(fā)電廠UPS電源并聯(lián)冗余方案與工程實(shí)踐45表2第個點(diǎn)的余差計(jì)算值3.2.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Table 2 I-th point calculation of residual value測試值y標(biāo)準(zhǔn)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相對擴(kuò)展不確定度的評定942.8983944.61.83.2根據(jù)JJF1059.1-2012技術(shù)規(guī)范,取置信概率934.7983944.69.997.7p=95%,包含因子k=2,則相對擴(kuò)展不確定度U為:956.2983944.611.6134.9根據(jù)表1和2中的數(shù)據(jù)計(jì)算得出:根據(jù)不確定度修約規(guī)則,取相對擴(kuò)展不確定度Urel=,-(a+bx441.67%,k=2 S-1n-2 V9-2=7.94mg/kg4結(jié)束語99+251+983本文提出的計(jì)量性能指標(biāo)是能夠確保儀器分析結(jié)果準(zhǔn) X= -=444mg/kg確的最基本參數(shù),儀器生產(chǎn)廠家、使用單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等3可按照這些指標(biāo)進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)與檢測,以保證測試項(xiàng)目和結(jié)果的一致性與準(zhǔn)確性。線性誤差的大小可反映儀器性能(x-x)2=1340385(mg/kg)2的優(yōu)劣,本文以鉻元素測試為例,詳述了線性誤差測量結(jié)果的不確定度評定過程。需要特別指出的是,在評定線性誤差不確定度時,一定要注意不確定度的單位與測試結(jié)果取x為251mg/kg這一濃度點(diǎn),則回歸值x為256.9的單位相一致。 mg/kgo參考文獻(xiàn):張林艷,戴挺,能量色散X射線熒光光譜儀的現(xiàn)狀現(xiàn)代儀u(x)=++x-x7+5-4=5.76mg/kg,能量bPnx-x)0.9453+9+1340385器,2008(5):50-53.[2楊明太,唐慧.能量色散X射線熒光光譜儀現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢核電子學(xué)與探測技術(shù)2011(12:1307-13113.2.2u(x)分量[3劉春,符斌在RoHS檢測中大顯身手的能量色散X射線熒本實(shí)驗(yàn)所用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),RoHS檢測X熒光分析用聚光光譜儀中國儀器儀表200:5963鉛成分分4Jg810-1993波長色散X射線熒光光譜儀檢定規(guī)程[S丙烯中鎘、鉻、汞、鉛成分給出的擴(kuò)展不確,取5】Cnsg06:2006學(xué)分析中不確定度的評估指南其濃度為251mg/kg,其證書中給出的擴(kuò)展不確定度為1216米娟層一元線性回歸中的不確定度分析煤質(zhì)技術(shù),mg/kg(k=2),則鉻元素的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為6mg/kg故2014.(1)21-22 u(xsi)=6 mg/kgo7F1059.1-2012測量不確定度評定與表示(上接第83頁)參考文獻(xiàn):3】中華人民共和國工業(yè)和信息化部,HG/T20573-2012分散型中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國國家質(zhì)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]北京中國計(jì)劃出版社2012:1-44.量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB/50702013石油化工安全儀表【4]國家石油和化學(xué)工業(yè)局,SH3005-1999石油化工自動化儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社2012:1-60選型設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,1999:1-442】中華人民共和國工業(yè)和信息化部,SH/T309-2013石油化工5中華人民共和國工業(yè)和信息化部,HG/T20507-2014自動化分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]北京中國石化出版社2014:1-87儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定[S].北京:中國計(jì)劃出版社2014:109-168