ITCC控制系统在甲醇合成装置的应用研究.pdf

煤化工与甲醇化 工 设 计 通 讯 Coal Cemical MethanolChemical Engineering Design Communications 12 第43卷第11期 2017年11月 1 工艺简介 某新型煤化工项目甲醇合成工艺采用英国 DAVY 公司的 甲醇合成工艺技术 英国 DAVY 工艺技术有限公司 Davy Process Technology Ltd 简称 DPT 公司 是目前世界上大型 甲醇技术的主要供应商之一 DPT 公司开发的甲醇技术已有 三十多年的历史 在甲醇技术方面积累了较丰富的研发和工程 经验 目前 DPT 公司主推的甲醇工艺流程 见图1 DPT 公司称之为串联流程 Series loop 合成新鲜气进入合成 循 环气联合压缩机的合成段进行压缩 绝大部分新鲜气与第二 甲醇分离器来的循环气混合后 先在第一入塔预热器中预热 后 进入第一合成塔 在合成塔内 甲醇合成反应在高活性 的铜基催化剂作用下进行 该反应为放热反应 反应热副产 低压蒸汽 离开第一合成塔的反应气经过第一入塔预热器对 入塔合成气进行预热 然后进入冷却器 反应生成的甲醇和 水在冷却器中最终冷却后 循环气和粗甲醇进入第一甲醇分 离器进行分离 Steam 蒸汽 Steam CWR CWS Steam 蒸汽 Synthesis gas 合成气 冷却水 回水CWR CWS冷却 水供水 Crude methanol 粗甲醇 Purge gas 驰放气 Flash gas 闪蒸气 Steam 蒸汽 Blowdown 放空 Blowdown 放空 BFW 锅炉 给水 BFW 锅炉 给水 图1 DPT公司甲醇工艺流程简图 甲醇的合成工艺正是利用合成气及循环气压缩机组的转 速来合理的控制合成的空速以及压力 更好地将合成气进行 反应的 因此 合理地控制压缩机组的出口压力以及转速 对甲醇合成的反应效率以及催化剂的寿命等至关重要 2 ITCC 系统应具备的功能 要求 ITCC 即综合透平压缩机组控制 Integrated Turbine Compressor Control 是应用于以蒸汽透平为驱动力的压缩机 组控制 该系统要求具有的基本控制功能主要包括以下几个 方面 汽轮机调速控制 用以满足工艺对压缩机的工况及 性能要求 快速做出调整 汽轮机超速保护 防止汽机超 速损坏设备及造成飞车事故 压缩机组防喘振控制 针对 离心式压缩机所固有的 可能发生的喘振现象加以控制 主 要是对防喘振回流阀的开度进行有效控制 预防喘振发生 机组性能控制 主机及辅机的工艺参数监控 如油路系统 密封系统 冷凝系统等的控制 机组轴承位移 温度 振 动监控 针对设备运行状态的监视 顺序控制 ITCC 包含 几个程序 都用来辅助起动压缩机及汽轮机的 程序中有使 汽轮机自动升速到暖机速度 到达暖机速度后 将根据压缩 机工况使汽轮机速度增长到额定转速 也有程序使汽轮机组 快速冲过临界转速区 避免共振造成影响 这些起动过程可 以为工艺人员做其他重要工作赢得更多的时间 机组和装 置的联锁逻辑控制 ITCC 能实现压缩机性能控制及入口压力 控制和发生喘振时的解耦控制 当装置发生异常时 根据工 况的变化 能够自动调整压缩机运行 逆向控制 对于耦合 因素影响的压缩机运行状态 去反向调整工艺过程控制或机 组本身的运行参数 它既实现了机组控制又为机组的长周期 运行提供了保障 3 应用情况 以某煤化工项目中年产180万 t 的甲醇合成装置为例 应 用的 ITCC 系统对甲醇合成装置的合成气及循环气系统进行控 制 该系统由 Tricon TS3000系统 Woodward 公司的 ProTech GII 系列超速保护系统 以及 Bently 公司3500机械轴系监测 保护系统构成 ITCC 系统与工艺装置的安全仪表系统 SIS 采用硬信号线连接 当 SIS 系统动作后 同时触发机组停车 联合保护机组设备及装置安全 对各部分的功能描述有 1 Tricon TS3000系统主要做开停机的顺序控制 防喘振 控制及调速功能 密封 油路系统 冷凝系统的控制监视和 联锁保护 输入和输出运算数据 以及与工艺装置的 DCS 系统 其他仪表系统设备实施通讯等 2 Protech GII 超速保护系统是由 WOODWARD 公司生 产的新型超速保护装置 它的特点是易于校准测试 并且具 备高精度和高重复性 其采样时间5ms 该设备的快速响应时 间达12ms 三个数字单元感应和显示转速的精度为0 1 机 械式超速保护装置则很难达到该精度 0 5至3 2万转速范围 集成超速和加速检测 保护功能 使其适用于临界低速或高 速旋转电机 压缩机 涡轮机或引擎 图2为Protech GII的典 型应用 其通常采用三取二停机方式 确保了不会因三个检 测单元中的任意一个发生瞬时故障造成误停机事故 每个单 元与其他两个单元除继电器的连接外完全隔离 为近一步防 止误动作的发生 每个转速感应单元所采用的电源也是独立 的 当Protech GII系统运转时可更换其中一个单元 此时另外 两个单元还可以继续工作 这种热替换模式可防止当其中某 一单元故障造成对超速保护功能的干扰 其安全完整性等级 为3级 SIL3 其通过采集联合机组的转速信号 防止压缩 机组超速运行 作为独立的一套系统 当Protech GII输出超 下转第65页 摘 要 阐述了 ITCC 系统特点 以及以某新型煤化工企业的甲醇合成装置 ITCC 系统应用情况为例 介绍了 ITCC 系统的 各部分组成 承担的任务及功能 对详细研究甲醇合成装置中 ITCC 系统的应用情况作出了研究 关键词 ITCC 空速 防喘振控制 超速保护 中图分类号 TP29 文献标志码 A 文章编号 1003 6490 2017 11 0012 02 Application of ITCC Control System in Methanol Synthesis Unit Tian Hai Yue Hong xia Abstract This paper expounds the characteristics of ITCC system and the application of ITCC system of methanol synthesis plant in a new coal chemical industry as an example It introduces the components and functions of ITCC system and studies the ITCC system The application of the system has been studied Key words ITCC airspeed anti surge control overspeed protection ITCC控制系统在甲醇合成装置的应用研究 田 海 岳洪霞 内蒙古科技大学信息工程学院 内蒙古包头 014010 收稿日期 2017 09 30 基金项目 内蒙古自治区自然科学基金资助 2017MS0603 作者简介 田海 1968 男 内蒙古包头人 副教授 主要从事 电气传动 网络控制和智能控制工作 油气开采化 工 设 计 通 讯 Oil and Gas ProductionChemical Engineering Design Communications 65 第43卷第11期 2017年11月 4 正磷含量偏高的主要原因 1 高含磷酸盐锅炉排污水的连续补入 是最主要的正磷 来源 其贡献了系统正磷含量的绝大部分 且其属于连续不 断的补充 由于锅炉炉水对于磷酸盐含量的要求 无法进行 杜绝 2 药剂配方不合理 药剂配方中含有的有机磷水解产生 的正磷 使循环水中正磷含量过高 产生了过多的磷酸盐沉淀 致使系统黏附速率偏高 5 改善系统正磷偏高的措施及效果 1 改变药剂配方 3月份开始将药剂改为无磷的配方 药剂中不含任何正磷和有机磷成分 不存在任何因为药剂而 带入系统的磷组分 2 杜绝锅炉排污降温水进入循环水系统 彻底将锅炉排 污降温水切换出循环水系统补水 直接从源头切断正磷的最 直接和重要的来源 经过近三个月的实验 系统正磷维持在极低的水平 同 时系统未发现任何因磷酸盐而发生的沉积现象 浊度一直维 持在5NTU 以下 以下为2016年4月 6月的磷含量与浊度变 化情况 通过以上措施后 总磷含量能控制在0 2mg L 以下 同时 浊度完全能控制在5NTU 以下 未发现任何沉积现象 6 结论 通过长期的现场监测数据分析 水稳剂配方中正磷含 量对循环水系统有较大影响 正磷含量偏高 会使循环水系 0 50 0 45 0 40 0 35 0 30 0 25 0 20 0 15 0 10 0 05 0 00 4 15 66 34 8 4 15 4 22 4 295 13 5 20 5 276 10 6 17 6 24 总磷 以P计 4 15 66 34 8 4 15 4 22 4 295 13 5 20 5 276 10 6 17 6 24 10 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 0 浊度 统偏结垢 特别是形成磷酸钙和锌盐的垢以后 附着在换热 器上极难去除 在实际生产过程中 由于含磷药剂存在者一定的缺陷以 及环保排放的要求 通过采用无磷的缓蚀阻垢剂 根据每月 的实时水质监测数据 分析循环水系统的结垢和腐蚀趋势 补水各种离子浓度的高低 及时调整药剂的投加量 保证水 体中的药剂含量 使其能对系统起到良好的保护作用 上接第62页 控制影响抽油机井躺井的因素 保证抽油机系统安全平稳运 行 才能提高油田生产的效率 参考文献 1 武智 优化停井管理降低油井躺井率 J 中国科技博览 2015 15 43 44 上接第33页 行补漏 对线路连接出现问题的工程部位要进行及时修改 4 结束语 作为市政建设工作中至关重要并起到基础性辅佐作用的 燃气管道施工系统已经形成完整的体系 而且随着经济燃气 管道水平的不断发展 技术燃气管道水平也会有所提高 在 这样的发展形式中 客观面对问题 积极采取措施 实现市 政建设中燃气管道系统稳定快速的发展 参考文献 1 杨领军 城市燃气管道设计施工管理中存在问题的分析及解决措施 J 科技展望 2016 14 48 上接第12页 速保护跳车信号进入Tricon系统 通过Tricon系统作用于汽轮 机的速关阀 以保护机组运行 当检测到发生超速情况后 ProTech的跳车输出DO继电器信号将一直保持在闭合状态 即 使压缩机组转速恢复正常值 如果想要热态启机 必须人为 将ProTech系统进行RESET复位 此时 Tricon系统的开车条 件允许页面才会显示开车允许状态 3 Bently3500机械轴系监测保护系统采集汽轮机及压缩 机组的径向振动信号 键相 轴瓦温度信号 轴向位移 轴 瓦振动信号 系统的工作流程是 从现场探头信号经过前置 器转换后取得的负电压信号提供给3500监测器框架内的监测 器和键相位通道 数据被采集后 与报警点比较并从监测器 框架送到一个地方或多个地方处理 根据机械保护设计定值 不同 可将报警和保护跳车信号通过其机架内的33数字量输 出型继电器模件直接送至 Tricon 系统参与跳机 图2 Protech GII系统的典型应用图 4 SIS 系统是工艺装置的安全仪表系统 其独立于 ITCC 机组控制系统 SIS 采集与压缩机相连管网的关键数据 当装 置的工艺介质参数危及安全时 SIS 系统触发装置跳车信号 并通过硬接线方式将信号送至 ITCC 系统的 DI 信号 由 ITCC 再输出跳车信号 停压缩机组运行 以保护机组不被外围管 网工况变化损坏 5 ITCC 系统把关键数据通过 modbus RTU 协议送至装置 的 DCS 系统 便于工艺操作人员统一监视 4 结束语 本文通过对 ITCC 的功能介绍 结合某大型甲醇合成装置 的工艺介绍 及该装置合成气和循环气压缩机组的 ITCC