硝化反应装置自动化控制系统项目设计方案

1 硝化反应装置自动化控制系统项目设计方案 根据 国家安全监管总局 关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知（安监总管三 2009116 号）； 关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见 （苏安监 2009109 号）； 关于在全市化工生产企业开展高度危险工艺装置加装 （盐安监 200847 号） 等 文件规定，有限公司 的 硝化 反应 属于 重点 监管的危险化工工艺。 受 有限公司 的委托，本 院 对其 硝化 反应装置 进行自动化控制设计 。根据相关规范和设计的要求， 对照该企业的所采用的危险化工工艺的具体特点，确定 重点监控的工艺参数，装备和完善自动控制系统，确定该公司 硝化 反应装置必须加装集散控制系统（ 紧急停车系统（ 在本次自动化控制设计方案的编制过程中，得到了滨海县安全生产监督管理局的指导，得到了有限公司的积极配合与协助，在此表示诚挚的感谢！ 三、 相关设计规范 和依据 ： （ 1）过程检测和控制系统用文字和图形（ 92）； （ 2）自动化仪表选型（ 92）； （ 3）石油化工仪表安装设计规范（ 2000）； （ 4）石油化工自动化仪表选型设计规范（ ; 2 （ 5）仪表供电设计规范（ ; （ 6）信号报警、连锁系统设计规定（ ; （ 7）仪表配管、配线设计规定（ ; （ 8）仪表系统接地设计规定（ 92）； （ 9）仪表及管线伴热和绝热保温设计规定（ ; （ 10）工业自动化仪表工程施工及验收规范（ 86）； （ 11）自控安装图册（上、下册）（ 21581; （ 12）控制室设计规定（ 20508 （ 13） 关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知（安监总管三 2009116 号）； （ 14） 关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见（苏安监2009109 号）； （ 15） 关于在全市化工生产企业开展高度危险工艺装置加装 项行动的通知（盐安监 200847 号） 四、 硝化 工艺简述 ： 反应类型 放热反应 重点监控单元 硝化反应釜、 分离单元 工艺简介 硝化反应是有机化合物分子中引入硝基（ 反应。 3 工艺危险特点 （ 1）反应速度快，放热量大 。 大多数硝化反应是在非均相中进行的，反应组分的不均匀分布容易引起局部过热导致危险。尤其在硝化反应开始阶段，停止搅拌或由于搅拌叶片脱落等造成搅拌失效是非常危险的，一旦搅拌再次开动，就会突然引发局部激烈反应，瞬间释放大量的热量，引起爆炸事故； （ 2）反应物料具有燃爆危险性； 重点监控工艺参数 硝化反应釜内温度控制、 硝化剂 滴加调节控制，搅拌速率检测；冷却水控制；蒸汽控制；紧急卸料控制； 安全控制的基本要求 反应釜温度的报警和联锁；自动进料控制和联锁；紧急冷却系统；搅拌的稳定控制和联锁系统；安全泄放系统等。 4 五、 硝化 工艺控制要求： 1、重点监控工艺参数： 硝化 反应釜内温度、 硝化剂的流量 和搅拌状态 2、安全控制的基本要求： 硝化反应釜温度 的报警和连锁； 硝化剂 进料的控制和连锁； 搅拌的控制和连锁； 热量系统（加热和降温）的控制和连锁。 3、采用的 制方式： 将 硝化 反应釜内的温度、搅拌速度和反应釜的 硝化剂 进料 调节 阀门、蒸汽阀门、冷却水阀门、搅拌电机形成连锁关系 ； 当反应釜内的温度超标时，系统能够自动报警并自动 停止 硝化剂 进料，关闭蒸汽阀门，打开冷却水阀门 ，将 硝化 反应釜内的温度将至适宜的温度范围内 。 4、采用的 制方式： 该 硝化 反应装置除了安装集散控制系统（ 外，还应装备紧急停车系统（ 并设有紧急放料系统，在 然无法控制反应装置正常的情况下， 够立即启动 ，对该反应装置 实施紧急停车和紧急 放料。 5 六、 有限公司自动化控制 系统 设计 方案： 根据有限公司针对该 硝化 反应装置进行自动化 控制 系统改造要求，和国家相关法规 要求，结合我 院 多年来积累的安全自动化 控制 系统的 设计 经验， 编制了 有限公司 硝化 反应装置自动化控制系统 （包括散控制系统和 急停车系统） 设计方案 。 1、自动化控 制系统的设计思路 ： 该公司 当前 硝化 反应装置的 生产过程完全是人工控制，整个 硝化反应 装置安全完全依赖于 操作工的 技能和 素质， 不确定因素较多， 风险较大，安全系数 较低。在实施 自动化 控制系统 改造 后， 可以极大的提高生产过程的安全性和稳定性， 无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引发的危险， 自动 控制系统都 可以 作出正确反应 ， 并 立即 给出相应的逻辑信号，使生产装置 进行自动调节和 安全联锁 ；在特别紧急状态下可以实施紧急停车和紧急放料 ，从而 阻止危险的发生和事故的扩散， 从而 使 事故 危害减少到最小。 2、自动化控制系统 设计 方案简述： 、 制方案： 控制 硝化 反应过程，关键是 硝化 反应装置的温度的控制，应当及时将 硝化 反应装置的温度、 搅拌 与 硝化剂流量 、冷却水和蒸汽进行连锁，能够将 硝化 反应装置的温度 及电流信号 及时传输到 制系统，系统根据 生产工艺对反应 温度的 具体要求 ，及时对 硝化剂 流量、 冷却 6 水和蒸汽 进行调节。 根据 温度 实际数 值与设 定 值进行比较 与 判断，如异常则执行相应的动作 ； 当温度超高，先声光报警 ， 同时切断 硝化剂 进料阀门和 蒸汽阀 门 ，再 打开 冷却 水进出口阀 门进行降温； 各控制指令 对应相应独立的工艺 参数 ，所有控制指标、控制逻辑可根据 实际 生产情况 进行 调整 、 修改 ； 整个控制过程独立于操作，具有最高的控制优先级，保护工艺、设备的安全，确保安全、清洁、文明生产。 统逻辑关系方框图如下： 、 制方案： 当该 硝化 反应装置在 统无法进行有效控制的情况下，即反应装置的温度 超出了极度危险设定值以后， 够及时启动， 对该 硝化反应装置进行紧急停车和紧急放料。 当反应装置温度超高限 或者搅拌电机停机任一情况发生时， 断 硝化剂 调节阀门。 制系统 温度 信号 ，流量信号 硝化剂 调节 阀门 与电磁流量计联锁控制流量 ； 超温关闭调节阀；自动关闭蒸汽进汽阀门，关闭疏水器阀门；联锁开启循环水进出口阀门。 搅拌电流控制报警 7 硝化剂 调节阀需打开时，在 统中，必须经现场人员确认后手动开阀，并对 位后， 动投入连锁控制保护状态。 在 统中，设置紧急停车按钮，紧急停车启动时， 动投入连锁控制保护状态。 对连锁控制项目按启动条件和动作时序分组，将受相同条件触发及需同时动作的输出合用同一切换开关。手动切换开关具有 3 个位置，其排列位置为执行单元（故障安全型）：自动 手动。电机开停：自动（开 /停） 手动停；切换开关由一位置切向另一位置的过程中应先保持原状态。 统逻辑关系方框图如下： 、 自动控制系统网络框图如下： 制系统 温度超高限 报警 紧急切断硝化剂阀门 ； 自动 实施紧急放料 至应急接收罐 ； 8 3、自动控制过程说明： 、自动化控制系统 应 采用电源开关（配电箱）单独设置。 、 自动化控制系统应采 用 间断电源供电。 、 自动化控制系统 中的检测仪表及执行器， 应 以隔爆型仪表为主，不足部分采用正压或其它防爆措施。 、为确保 执行器 在任何故障状态下都处于过程安全位置， 其 电路 应设计成故障安全型电路，即正常通电，故障断电动作。 、电磁阀必须选用高可靠性电磁阀，并保证接线施工质量。 、对送往电气控制盘用以开停电机的触点，应将隔离用的中间继电 9 器的励磁电路设计为故障安全型。 、 自动化控制系统 接地，为独立接地系统，信号系统需加装防雷保护。 、 统应当独立于 统，包括设置专门的工作站和专门的氢气切断阀门。 统与 统之间采用控制器间硬连线通信方式（ 信等），将 据传到 统中。 10 七、 自动化控制 系统的可靠性与实用性： 自动化控制系统由监控中心工业控制计算机、通讯网络、现场智能控制器、现场仪表组成，具有参数收集、联锁控制、组态、信号传输、监督、预警干预、报表生成、流程显示、历史趋势显示、现场及远程报警等功能。本方案采用先进的分布式和模块化设计理念，利用成熟的软硬件产品完成整个系统体系架构的搭建。通过实时数据库，实现监控数据的高效记录、长期存储、海量查询和 数据处理等；并使用数据转存功能，为上层应用系统提供稳定的数据源。 1、维护工作量小 自动化控制系统 涉及的终端为智能型控制器，精度高，稳定性好，可大大减少维护人员的工作量，减少维护开支。 2、独立可靠的系统 自动化控制系统 为分布式安全控制系统，用户通过方便灵活的组态就可以实现需要的功能。单台服务器的故障，不会祸及整个系统，只对局部的实时数据有影响；同时，用户主机房服务器和通讯网络的故障，也不会造成现场的事故。 3、组态灵活，操作方便 自动化控制系统 可全部自行组态，可以通过设备按键或者相关的组态软件进行组态。计 算机上的图表，如网点分布图、数据日报表、月报表等，以及报表格式、功能选择、数据采集点的增减等等，均可由软件应用方的工程师来设置。防爆箱操作键盘完全与现场工艺对应，操作简便，安全。 11 4、 系统实时监督功能 公司相关职能部门从网络计算机上就可以实时了解各采集点的数据情况。对于个别异常的数据点，可及时的进行分析和调查，找到问题原因，为公司切实节省能源开支。对于突发事故，职能部门可马上找出事故地点进行及时处理，并可根据记录的历史记录找寻事故原因，以保证公司内部装置的安全。 5、 自动化程度高 采用 自动化控制系统 后，作业 现场整洁有序，企业自动化流程会有很大提升。所有数据在现场的智能仪表和监控软件上均可以查询，各种报表和所有数据的统计全部由监控软件自动完成。 12 八、 自动化控制系统的 技术特点 ： 1、 本 设计 方案具有良好的稳定性、可维护性、独立性，设计合理。 2、 数据采集记录终端拥有独立数据存储功能，实现历史数据的本地存储和查询，与上层的监控软件相互独立，可自成一套稳定的数据采集记录体系。 3、 本 设计 方案具有良好的可扩展性，其中监控软件的设计适应大型应用需求，适应今后业务扩展。并可在软件不变的情况下，通过直接改变硬件配置而成倍提高系统的整体性能指标。 4、 监控软件提供数据转存功能，按实际需求开发数据转存工具，为以后的 统提供精确、稳定的一线数据。 5、 动态的监控数据画面，集数据点地理分布显示、详细数据调取，动态报警、报警历史与一体，令监控及管理的工作变的及时、直观。 6、 多种监控方式集成的监控环境，提供了实时趋势、历史趋势、动态棒图，全方位满足用户的监控需求。 7、 强大的报表系统，同时支持 C/S、 B/S 模式，支持 所见即所得的报表模板组态，方便用户扩展报表系统。 8、 支持 布功能，方便用户 的数据浏览。 9、 关系数据库转存 ： 监控软件可以按规则将保存在历史数据库中的数据转储为信息系统所支持的关系数据库，并通过特定开发的转存软件，对数据进行处理，而后写入到 据库，为企业的信息化提供真实而精确的数据。 13 （数据转存） 10、权限管理： 权限管理是整套软件的重要组成部分，通过权限管理与权限认证，让用户在系统权限允许的范围内访问和修改自己所对应的资源，从而保证系统