丙烷装置生产过程集散控制系统分析

我厂丙烷脱沥青装置年加工量为 18 万吨，装置存在工艺路线比较复杂，控制点多，高温高压，生产环境差等诸多特点，特别是大规模连续性生产，对人工操作提出了很高的要求，如果温度，流量，压力等控制不好，都会造成产品质量和收率的下降，倘若出现操作失误，必然带来巨大的损失。还有许多油品和溶剂都会因控制不当或操作不妥而排放到污水中，这不仅造成了成本的浪费，而且也造成了环境的污染，致使企业生产质量不稳、收率不高、污染比较严重、劳动强度大、成本居高不下等等，这会严重制约我厂生存发展空间和削弱市场竞争的能力。
　　为了有效解决这些问题，厂引进了一套国内比较先进的计算机集散控制系统，我车间针对工艺装置的需要，对这套系统进行了开发应用。
　　JX-300 X 系统简介
　　JX-300 X 系统是浙大中控自动化公司设计的一代全数字化的集散控制系统，整体结构图如下,它主要有以下几个特点：
　　信号调节智能化：采用智能化信号调节技术，通过软件组态就能实现不同类型的信号调节，并且具有自诊断、自检查、自修理功能，无须进行人工高校，使用方便，精度高，稳定性好。
　　系统规模大小相宜：可满足zui多 128/站个回路,384 个个人工智能/站点模入点到 2024/站个虚似开关量等。
　　真正实现危险性分散:分散程度大，模拟量输入输出卡每卡 2-4 点，开关量每卡 4 点，系统危险性进一步分散。
　　冗余配置更为灵活:任何卡件均可选择冗余或不冗余。
　　卡件种类较少:常用 IO 卡件只有 5 种，备品备件数量大为减少，便于维护和修理。
　　自治性、实时性强:所有卡件均为智能化设计，不仅有利于减轻主机负担,增加实时性，而且有利于提高系统各卡件的独立性和可靠性。
　　通信网络开放，速度高:各个操作站与管理网采用以太网相连，波特率为 10Mbps， 100 百万位元/秒,1 Gbps 等。
　　实时多任务操作系统：所有软件基于 Windows98/新台币平台开发，操作方便，界面友好，画面美观。
　　工艺情况简介
　　我厂丙烷脱沥青装置是以常减压装置的减压渣油为原料，以高纯度的丙烷为溶剂，生产微晶蜡原料—轻脱沥青油，同时为催化裂化装置提供低金属的催化料—重脱沥青油，以及重质燃料油及道路沥青的调合—半沥青。所以，在我厂的众多生产装置中，丙烷脱沥青装置占有很重要的位置，为了使其在生产中能顺利及时的生产出合格的各项产品，本装置在工艺方面采用了先进的混合—沉降,超临界回收溶剂工艺，而在过程控制方面采用了先进的直流控制系统。
　　主要仪表控制回路实现：
　　根据工艺流程， IO 点数和现场要求，系统共有 8 幅流程图，其中高压及燃料炉部分zui为重要,下面以燃烧炉流程图为例举例说明串级控制的实现: 燃烧炉有两个串级控制回路：PIC3101 与 TRC2107 串级和 PIC2118 与 TIC2145 串级，分别控制轻脱油加热炉和沥青溶液加热炉,控制回路方案如图:
　　当生产过程处在稳定工况时,被加热物料的流量、压力和温度保持不变，炉出口温度和炉膛温度均处于相对平衡状态，调节阀也保持一定的开度，此时炉出口保持在给定值上。当扰动或工艺波动时，破坏了平衡工况时，串级控制系统便开始了其控制过程，通过简单的 CSC 模块编程就可以实现复杂的串级控制过程。加热炉模块组态图如下：
　　控制系统的实现
　　系统共配备了 1 个控制站， 2 个操作站。控制采用冗余方式，提高了系统的可靠性。控制站负责数据的采集和处理，并进行控制算法的运算输出，操作站负责提供人机操作界面，同时也作为工程师站进行组态。
　　系统输入输出点数如下：
　　1、模拟量输入：温度 63 点
　　标准信号 4-20mV95点
　　2、模拟量输出：标准信号 4-20 mA46 点
　　3、软件开发： 利用 JX-300 X 提供的资料，开发了友好，易用的全汉字界面，包括工艺流程图，控制分组图，趋势曲线图,参数修改图等页面，容易掌握和操作。利用系统提供的自定义语言程序来实现某些复杂的控制方案。
　　应用中的一些问题解决办法
　　1、操作优化问题：
　　提高精度及稳定性：对某些流量 （如原料气、燃料油、蒸汽等） 、液位、压力等进行温度、压力、密度、组分补偿，提高了测量信号的灵敏度。同时采用限制变化率的滤波方法，消除测量信号中的幅度大，频率高的噪声，例如对炉膛负压等作滤波处理后，测量信号的平稳性得到极大的改善。
　　2、提高调节阀的非线性：
　　有一部分具有非线性工作特性的调节阀，有时会成为控制系统不稳定的因素之一，而使用系统的处理，可对其进行有效的补偿。另外，也通过找出阀门开度与阀门增益之间的关系，再依据此关系自动可改变比例带，使控制回路总增益保持一定，从而提高系统的稳定性。
　　应用效果
　　从 SUPCON JX-300 丙烷装置生产过程集散控制系统应用以来，取得了比较好的应用效果。
　　1、控制效果好，完全适应和满足生产工艺的要求。
　　2、整个生产过程的自动化控制率达 99% 以上，大大降低了操作工的劳动强度，改善了工作环境。
　　3、系统可靠性较高，降低了仪表维护强度，而且由于系统卡件的通用性，降低了备品备件的库存量和资金占用，降低了生产成本。
　　4、系统提供了通讯接口，通过调制器与远程网关计算机连接，可并入全厂管理网，为日后实现全厂安全生产过程监控网提供了条件。
　　5、常规仪表相比：丙烷装置共有 43 个控制回路，其中包括 9 个串级回路，按照常规仪表造价，约合人民币 50 万元，而采用浙大中控直流费用为 41.8 万元，节约人民币近 9 万元;
　　6、人力资源方面：直流实现了过程控制的自动化，使原来多人操作常规仪表变为少数几个人的完全控制，工艺与仪表维护人员所需人数约减少了 5 人，按每人收入 1.8-2 万元计算,每年可节省人工成本 9-10 万元;
　　7、直流还具有良好的性价比，它功能齐全，技术先进，安全可靠性高,系统的平时无故障时间达到 1.0E+05 天.平时修复时间为 1.0E-02 天，这就为我厂节约了大量的维护资金，如果按故障率 2% 计算 （常规仪表）,直流每年可节约近 5 万元。