PKS在环氧氯丙烷装置中的应用.pdf

仪表与自动化 PKS 在环氧氯丙烷装置中的应用 刘佳音 中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂 山东 淄博 255400 关键词 环氧氯丙烷 PKS 系统配置 典型控制方案 摘要 介绍了 Experion PKS 在环氧氯丙烷生产装置中的系统配置及典型控制方案 总结了系统安装中的 注意事项 中图分类号 TQ056 文献标志码 B 文章编号 1008 133X 2011 12 0039 04 Application of PKS in epoxy chloropropane plant LIU Jiayin Chlor Alkali Plant of Qilu Branch Co SINOPEC Zibo 255400 China Key words epoxy chloropropane PKS system configuration typical control scheme Abstract The system configuration and typical control schemes of Experion PKS for epoxy chloropro pane plant were introduced The points for attention in assembly of the system were summarized 中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司氯碱厂 以下简称 齐鲁氯碱厂 环氧氯丙烷装置主要由 氯丙烯系统 环氧氯丙烷系统 废水预处理系统和公 用工程设施组成 该装置于 1988 年建成投产 经历 几次技术改造 但控制系统一直采用电三型仪表盘 进行常规调节 随着工艺生产自动化要求的提高 原控制系统已不能满足工艺生产的系统化 精确化 要求 因此 2009 年 齐鲁氯碱厂利用装置停车检 修的机会对环氧氯丙烷装置控制系统进行了 DCS 技术改造 提高了装置的安全性和准确性 1Experion PKS 系统介绍 Experion PKS 过程知识系统是 Honeywell 新一 代的 过 程 自 动 化 系 统 它 以 Windows2003 XP Professional为操作系统 包含了最新设计的混合型 控制器 容错以太网 高级工程工具和应用软件包 等 能够实现生产过程的监测 调节和顺序控制功 能 1 1系统主要组成 系统主要由混合型控制器及 I O 卡件 容错以 太网 过程服务器和操作站等组成 1 C300 控制器 具有组态灵活且丰富的控制 功能块 能够实现强有力的连续和离散控制 可选择 冗余配置 具有设计新颖的 C 系列输入 输出子系 统 2 高性能服务器 采用前沿开放性技术 将 过程控制器的控制功能与广泛的监控功能有效地优 化组合在一起 可选冗余配置 以提供更高级的可 靠性 其核心部分是实时数据库 用来存储过程数 据 历史数据 组态数据 用户数据 报警和事件 系 统状态 3 操作站 实时过程监控 FIEX ES F 操 作站通常是 1 台个人计算机 只要与系统网络连接 就可以应用到任何地方 Console ES C 是一种专 用操作站 具有 ES F 的全部功能 还可以直接与 93 第 47 卷第 12 期 2011 年 12 月 氯碱工业 Chlor Alkali Industry Vol 47 No 12 Dec 2011 作者简介 刘佳音 1983 女 2006 年毕业于辽宁石油化工大学仪表自动化专业 现于中国石油化工股份有限公 司齐鲁分公司氯碱厂仪表车间从事仪表维护工作 收稿日期 2011 04 20 CEE 控制执行环境通信 4 过程控制网络 开放的容错以太网 能很 好地支持批处理功能 连续控制和数据采集 对电缆 和电子设备中的各种多重故障具有容错功能 1 2组态工具软件 EPKS 系统组态工具主要包括控制策略组态工 具 Control Builder 服务器组态工具 Quick Builder 和 流程图组态工具 Display Builder 1 2 1系统控制策略组态 Experion 的控制策略用 Control Builder 生成 Control Builder 是一个图形化 面向对象的工具 支 持 Experion 的过程控制器 应用控制器及仿真控制 器 在 Control Builder 中进行控制策略的设计 生 成控制策略的文档 并可进行在线监控 Honeywell 提供的各种功能块 用以实现不同控制功能 每一 个功能块带有一系列的参数 用于直观显示该功能 块具有的作用 功能块之间的互联可以通过 软接 线 的方式实现 以构建控制策略或应用 可实现的组态内容 硬件组态 C300 控制器 组态和 C 系列 I O 卡件组态 控制回路组态 CM 顺序控制回路组态 SCM 1 2 2服务器组态 Quick Builder 是组态系统硬件的一种图形工 具 用户通过 Quick Builder 可以对系统硬件进行组 态 并通过组态工作室将这些组态信息下载至 Experion的一体化数据库 可实现的组态内容 系统资源组态 定义服 务器 FLEX 操作站 打印机 第三方通道 控制器 SCADA 点 操作站组态 操作组的建立 趋势 组的建立 操作站的安全性 基于安全性的等级 和口令 1 2 3流程图组态 HMIWeb Display Builder 是面向对象 全集成化 的用户画面组态工具 用于生成用户专用的显示图 形画面 动态显示可以简单地通过鼠标点击组态迅 速生成 系统还提供一个图形库 帮助用户进一步 加快图形设计的速度 此外 对于一些多处用到的 相似的画面 可以用模板画面的功能减少组态时间 可实现的组态内容 主图的绘制 子图的绘制 编辑脚本 2系统配置方案 本次方案主要采用 Honeywell 公司的 PKS 控制 系统 配置 1 对冗余的服务器 1 个 OPC 服务器 2 对冗余的 C300 控制器及其 2 个 CONSOLE 型操作 站和 3 个 FLEX 型操作站 DCS 拓扑结构如图 1 所 示 图 1 DCS 拓扑结构图 Fig 1Topological structure diagram of DCS system 04 檵檵檵檵檵檵 檵 檵檵檵檵檵檵 檵 殝 殝 殝 殝 仪表与自动化氯碱工业2011 年 2 1系统方面 1 系统采用 Honeywell 公司的 Experion PKS C300 过程知识系统 版本为 R310 X 2 服务器 操作站 操作站 DELL T5400 工 程师站 DELL PE2900 3 系统网络 系统网络为具有 Honeywell 公 司专利技术的 FTE 容错型以太网 配置 1 对 CISCO 交换机与机柜室的 FTE 节点通信 4 系统负载 PKS 系统每对冗余 C300 处理 器最多支持逻辑上 64 块 物理上为 128 块 I O 卡 件 根据环氧装置所需 IO 点计算 系统配置 2 套冗 余 C300 控制器 共计连接82 块冗余 非冗余 I O 模 件 5 过程 I O 接口 接口硬件包括接线端子 连接电缆 输入 输出卡件等 按标准要求安装在主 机房内的各机柜 系统提供以下卡件 模拟输入 4 20 mA DC 模 件号 CC PAIH01 模拟输出 4 20 mA DC 模件 号 CC PAOH01 干 触 点 输 入 模 件 号 CC PDIL01 干触点输出 模件号 CC PDOB01 6 通过 OPC Server 功能 方便与上层的节点 进行数据通信 2 2控制器输入 输出点数 控制器统计数据汇总如表 1 表 1输入 输出点数汇总 Table 1Summary on input output points 信号类型余量10 点数备注卡件点数卡件数量实际系统提供点数 HLAI230控制 冗余1615240 HLAI543监测 非冗余1634544 HLAI55监测 非冗余16464 AO230控制 冗余1615240 DI420监测 非冗余3214448 注 点数计算按照 DCS 规格书要求的 10 余量 共配置 2 对冗余 C300 控制器 表 1 中原 TC RTD 信号的 141 个监测点和 8 个控制点经过温变 全部转换成 4 20 mA 的信号进入 HLAI 的监 测 冗余卡件 现场可燃及有毒气体检测报警器信号单独引入系统 指定的卡件 不与其他信号混接 2 3操作台及辅助机柜 1 配置 5 台端子接线及继电器柜 将现场的 信号线按照系统侧的顺序进行编组 2 配置 5 台安全栅柜 共计安装 995 个安全 栅 平均每柜安装 250 余个隔离型安全栅及其相关 的 24 V DC 配电装置 3 配置 1 台系统配电柜 该柜的正面设计为 交流配电 反面设计为直流配电 4 为便于设备维护和管理 在控制室专设一 个网络设备机柜 将交换机和所有的 FTE 网络附属 设备 如电源 有序 合理地排放在该柜内 构成系 统的通信枢纽 5 所有辅助机柜 网络柜除外 采用 800 800 2 100 双面标准机柜 6 控制室内的所有操作台全部为桌面型家 具 LCD 显示器和操作键盘等人机界面设备均置于 桌面 以便于安装和使用 同时营造出类似于办公室 风格的工作环境 3典型控制方案 环氧氯丙烷工艺流程对控制要求较高 系统的 控制回路多样化 其中包含多种典型复杂回路控制 策略 技术人员根据设计及工艺要求进行组态 利 用 Control Builder 的各项组态工具 可实现各种复杂 控制 保证各种条件下工艺操作的准确性 现根据 实际工艺 介绍几例复杂控制回路的应用情况 3 1氯丙烯反应器进料控制 反应器的最佳操作条件为 配料比 n C3H6 n Cl2 4 1 丙烯与氯气的配料比分别由流量控制 系统 A FRCAZ 124 或 128 和 A FRCAZ 122 或 126 控制 这是 2 个串级调节系统 为保证氯 气流量控制系统的测量精度 在 A FRCAZ 122 或 126 中还设置了温度补偿回路 3 2氯丙烯反应器热量回收系统的控制 反应器流出物出口温度为 470 一部分用于 预热丙烯 另一部分由热媒循环回收 氯丙烯反应 器热量回收组态流程如图 2 所示 热媒在循环运行 过程中 由于温升不断产生挥发气体 这部分气体送 入膨胀槽缓冲 其流量由 A PIC 130 控制 该系 统控制指标为 0 2 MPa 压力不足时由 0 3 MPa 氮 气补充 A PIC 130 为分程调节系统 A PIC 130 1 控制挥发气体排放量 气关阀 工作信号范 围为 0 02 0 06 MPa A PIC 130 2 控制氮气 补充量 气开阀 工作信号范围为 0 06 0 10 MPa 调节器为 PI 反作用 当膨胀槽压力低于设定值时 调节器输出增大 A PIC 130 1 关小 减少挥发 气体的流量 A PIC 130 1 全关后压力还不足 时 A PIC 130 2 打开 氮气进入膨胀槽 直到 保证系统压力稳定 反之 同理 14 第 12 期 刘佳音 PKS 在环氧氯丙烷装置中的应用 檵檵檵檵檵檵 檵 檵檵檵檵檵檵 檵 殝 殝 殝 殝 仪表与自动化 图 2氯丙烯反应器热量回收组态流程示意图 Fig 2Configuration flowchart of recycling heat of allyl chloride reactor 3 3二氯丙醇合成控制 为了保证氯丙烯与氯气的配料比 分别对进入 三段反应器的氯气和氯丙烯采用了双闭环比值调节 系统 即 E FRCAZ 203 和 E FRCAZ 204 E FRCAZ 208 和 E FRCAZ 209 E FRCAZ 213 和 E FRCAZ 214 这是 3 套平行运行的控制系 统 氯气为主流量 氯丙烯为副流量 R G氯丙烯 G氯气 其 比 值 器 的 比 值 为 K R2 G2 氯气max G2 氯丙烯max 氯气与氯丙烯比值调节组态流程如图 3 所示 图 3氯气与氯丙烯比值调节组态流程示意图 Fig 3Configuration flowchart of chlorine gas allyl chloride ratio control 4施工总结 环氧氯丙烷装置 DCS 技术改造项目历时 1 个 月 在有限的时间内按照计划完成了原系统拆卸 新 系统安装 盘后接线 系统组态调试等工作 一次性 开车成功 4 1原系统的拆除 在工艺装置停车后 仪表设备停电 拆除中控室 仪表盘 拆除盘后端子排接线 并用绝缘胶带把线头 包好 每根电缆都作好标记并整理规范 拆除三型 调节器 继电器 电源模块等 并把拆除的设备清理 干净后用包装箱分类存放 统一保管 4 2新系统的安装 1 施工前 根据改造方案 认真核对设计图 纸 其中包括端子柜 安全栅柜 继电器柜的接线图 机房布置图 确保各系统功能的完整 2 盘后接线作业中 根据接线布置图铺设 DCS 系统所需 I O 通信线 电源线 预留电缆等 电 缆整理规范 接线美观 牢固 线