制氢装置仪表控制系统操作规程

制氢装置仪表控制系统操作规程

第一节DCS概况介绍

1集散控制系统DCS

本装置的过程控制系统采用分散控制系统(简称DCS),装置的全部检测、控制信号

都进入DCS,通过DCS进行信号检测、过程控制、过程报警、数据记录、信息处理等系

统控制，在中心控制室进行生产操作。装置内主要机泵设备的运行状态均在DCS」.进

行显示。其他相关系统与DCS都有通讯联系。DCS设有与工厂管理系统的网络接口。

本装置与蜡油加氢、煤制氢、空分共用一个中心控制室，以便于操作、管理、资源

共享、节省投资，因此本装置与其它装置采用同一种DCS系统，便于实现全厂计算机数

据的集中处理和生产的集中管理。

本装置将机柜放置在主控室的机柜间内，机柜室联合装置共用，操作站集中放置在

制加氢控制室。现场机柜室的设备与中心控制室设备的网络之间采用光缆连接。现场

机柜室内设有一套DCS工程师站，用于工程组态、仪表联调及开停工操作等工作，也用

做现场备用操作站。

2安全仪表系统简述・SIS

为防止装置在开、停工和生产操作过程中可能出现重大事故导致重大人身和经济损

失，保护操作人员和装置的安全，本装置根据工艺过程和设备，设置必要的安全仪表系

统(SIS)o

3可燃有毒气体检测系统GS

可燃气体及有毒气体检测系统(GS)的现场检测信号送到集中检测报警器，集中检

测报警器放置在现场机柜室的机柜间内，报警操作站放置在中心控制室。现场机柜室的

设备与中心控制室的设备之间采用光缆网络连接。GS具有事件记录功能。

4仪表控制设备管理系统AMS

该装置的仪表尽量采用智能型仪表，全厂采用仪表及控制设备管理系统(AMS)进行

现场仪表的管理，自动地为检测和控制仪表建立应用及维护档案，进行预测维护管理，

保证仪表的可靠运行、减少仪表故障、减少维护工作量、提高仪表及控制设备的管理效

率。

5机组控制和运行状态检测系统

机组控制系统和运行状态检测系统该加氢裂化装置各机组及高压泵的控制系统随

设备带，其机柜放置在现场机柜室，操作站放置在中心控制室。现场机柜室的设备与中

心控制室的设备之间采用光缆网络连接。循环氢压缩机组的控制系统配备运行状态检

测站。运行状态检测站是DCS控制网上的PIC工作站。该装置设计拟在DCS控制网上，

配备一套PIC工作站用于状态检测站。

6控制回路和检测点

6.1温度仪表

就地温度指示仪表采用带不锈钢外保护套管的双金属温度计。控制室指示的一般温

度测量仪表选用TEC标准K型热电偶或采用PtlOO热电阻，并带现场变送器，热电偶采

用法兰连接型式。

6.2压力仪表

现场压力测量显示，选用不锈钢弹簧管压力表；微压测量宜采用不锈钢膜盒压力表。

远传压力测量采用压力变送器，微压、负压的测量，选用差压变送器。

6.3流量仪表

一般流体的流量测量选用标准节流装置配差压变送器，

进出装置水的流量测量可采用涡街流量计或超声波流量计。

6.4物位仪表

就地液位、界位测量选用玻璃板液位计或磁浮子液位计。液（界）位远传测量，一

般选用智能电动外浮筒液（界）位变送器、差压变送器或双法兰差压变送器；高温、

高压介质的浮筒、磁浮子液位计采用引进产品。

6.5变送器

温度、压力、差压、双法兰差压变送器选用高精度的智能变送器，二线制4〜2（hnADC

（叠加HART通讯信号）输出。

6.6调节阀、切断阀

6.6.1阀的型式

根据具体的工艺条件选用适用材质和型式的调节阀。

在要求泄漏量小、阀前后压差较小的场合选用单座或套筒单座调节阀。在阀前后压

差很大且有气蚀的场合选用适用的套筒或角型调节阀。在工艺过程要求联锁切断介质的

场合，根据具体的工艺条件选用直通球阀、闸阀、Y型截止阀。对于装置重要的联锁

阿，在其附近设置了储气罐用于断风的情况下实现联锁动作。

b.6.2执行机构

一般情况下，调节阀的执行机构选用气动薄膜执行机构，配电/气阀门定位器。调节

阀的执行机构应采用标准弹簧。需要执行机构有较大的输出力时.，可选用气动活塞式执

行机构。

6.7在线分析仪表

根据工艺需要，本装置设置了如下分析仪表：

1）为提高转化炉的热效率，转化炉对流室设有氧化错分析仪；

2）中变反应器入口设置了甲烷分析仪，测定转化气中残余甲烷量；

3）为提高预热炉的热效率，预热炉对流室设有氧化错分析仪。

4）PSA为保证产品气氢气纯度，出装置管线设有氢气分析仪

6.8环境安全仪表

为确保装置安全生产和人身安全，在装置区、压缩机区等易发生可燃气体泄漏的场

所，设置可燃气体检测探头；可能发生有毒气体泄漏的场合，设置带有声光报警的毒气

体检测探头。探头的防护等级不低于IP65,仪表采用4〜2。01/\=输出的一体化变送器，

信号接至DCS。

第二节工艺操作仪表逻辑控制说明及位号流程

1主要控制方案

本装置的大部分控制回路采用单回路定值控制和串级控制，由DCS控制系统

完成，主要控制方案如下：

5）水碳比和原料负荷控制。

G）转化气进PSA流量比例控制PSA尾气进转化炉流量。

7）原料气流量比例控制转化炉空气流量。

8）转化炉出口温度与燃料气进转化炉流量组成控制，同时转化炉燃料气入口压

力超驰控制燃料气进转化炉调节阀。

9）汽包液位、水蒸汽流量、给水流量组成汽包液位三冲量控制。

2仪表说明

2.1P/T补偿

2.1.1孔板/文氏管/皮托管测量

Pmeas.:=测量压力，单位MPag

Pdesign:=孔板计算所用的设计压力，单位MPag

Tmeas.:=测量温度，单位0C

Tdesign:=孔板计算所用的设计温度，单位°C

Fmcas.:=测量流量，单位[kg/h]

Fcal.:二正常条件下的补偿流量，单位[kg/h]

dP传感器应取平方根数值。

根据上文给出的公式计算以下流量测量：

2.1.2流量统计

Fmeas.名称备注

FI2001原料气进装置

FI2002开工氢气

FI2005高压氢气

FI2020导热油

FI2008入炉蒸汽

FI2007入转化炉原料

FI2006入转化炉燃料气

FT2021入转化炉空气

FI2015中变气进P中

FI2014蒸汽进气提塔

FI2013酸性水去除氢器

FI2016除盐水进装置

FI20183.5MPa蒸汽出装置

FI2201粗氢进PSA

FI2202氢气出装置

2.2涡阶测量

Pmcas.:=测量压力，单位MPa(g)

Tmeas.:=测量温度，单位°C

Fmeas.:=运行条件下的测量流量，单位kg/h

Fcal.:二正常条件下的计算流量，单位kg/h

3信号选择

3选2

如果配备的是3个冗余模拟传感器(a、b、c),那么应采用以下3选2(2oo3)

表决逻辑：

1.无不良1/0=使用3个信号中间的那个信号

2.发现一处不良I/On保持实际信号，如果正确，否则，使用传感器

A,如果正确，否则使用传感器B,如果正确，否则，使用传感器C,DCS显

示器上的报警和协议打印机

4控制回路说明

4.1仪表工艺代号

第一位字母第二位字母后缀字母

A分析报警

B喷嘴火焰

C电导率关位置控制

D密度与比重差

E电压测量元件

F流量

G现场测量元件

II手动高报警

1电流指示

J功率

K时间程序操作器

L液位低报警

M电动

N

0开位置孔板

P压力试验标定点

Q累计

R放射性记录打印

S速度或频率电磁阀开关联锁

T温度变送器

U多变量运算器

V振动风门

W重量套管

X开关阀轴

Y轴转换器

Z位置执行器

4.2简单控制回路

4.2.1简单控制回路调节器

当被测参数增大时，调节器输出信号也增大，称为正作用，反之称为反作用，

调节器作用方向，依工艺要求及调节正反而定。当被调参数的测量值减去设定值

（即偏差e）大于零，若对应的调节器输出信号增加，该调节器为正作用；若对

应的调节器输出信号减小，则为反作用。

4.2.2单回路控制汇总表

制氢装置单列和公用工程共有简单控制回路17个.

序号位置说明作用阀事故状态报警

1炼厂气进料流量控制FV2002FC

2配汽流量控制FV2008F0

3炼厂气压缩机出口手操控PV2003FC

制

4炼厂气去火炬总管手操控PV2006F0

制

5汽包上水手操控制LV2008FC

6中变气进PSA手操控制PV2006AFC

8第一分水罐液位控制LV2004FC

9第二分水解液位控制LV2005FC

10除氧器液位控制LV2009FC

11第三分水罐液位控制LV2006FC

12第四分水罐液位控制LV2007FC

13外送高压蒸汽压力控制PV2008FC

14炼厂气去管网压力控制PV2004FC

15开工氢压力控制PV2002FC

16PSA产品氢压力控制PV2201FC

17中变气水冷后温度控制TV2001FC

4.2.3单回路控制图示

当炼厂气进料流量FIC2004减少时，FIC2004指示减少；由于FUIC10203是

反作用调节器，输出信号增加，控制阀FV2001开度增加，炼厂气进料流量增加,

达到工艺控制要求。（见图1）

11）配汽流量控制F制2008

图2

当总配汽流量FIC2008减少时，FIC2008指示减少；由于FIC2008是反作用

调节器，输出信号增加，控制阀FV10406开度增加，配汽流量增加，达到工艺控

制要求。（见图2）

12）汽包上水手操控制L制2011

）中反蒸汽

图3

由LIC2011给定汽包V2008上水手操阀门FV2009的开度。（见图3）

13）中变气进PSA手操控制PIC2006

图4

由PIC2006给定PSA进料手操阀门PV2006A的开度。（见图4）

14）第一、二、三、四分水箍液位控制LIC2004>LIC2005>LTC2006、LIC2007、

A2001

图5

当第一分液罐液位增加时，LIC2004、LIC2005、LIC2006、LIC2007指示

增加；由于LIC2004、LIC2005、LIC2006、LIC2007是正作用调节器，输出信

号增加,控制阀LV2004、LV2005、LV2006、LV2007开度增加，外送工艺冷凝

液流量增加，第一分液罐液位减少，达到工艺控制要求。（见图5）

图6

当除氧器液位减少时，LIC2009指示增加；由于LIC2009是反作用调节器,

输出信号减少，控制阀LV2007开度增加，除盐水流量增加，除氧器液位增加,

达到工艺控制要求。（见图6）

16）干气补燃料压力控制PIC2004

当进转化炉燃料气压力减少时，PIC2004指示减少；由于PIC2004是反作用

调节器，输出信号增加，控制阀PV2004开度增加，干气补充燃料气流量增加，

燃料气压力增加，达到工艺控制要求。（见图7）

17）转化炉负压控制PI2029

图8

当转化炉炉膛压力增加时，PI2029指示增加；由于PI2029是正作用调节器,

输出信号增加，控制阀KV2004AB开度增加，外排烟气流量增加，转化炉炉膛压

力减少，达到工艺控制要求。（见图8）

18）中变气压力控制PIC2006

图9

当中变气压力增加时，P1C2006指示增加；由于P1C2006是正作用调节器，

输出信号增加，控制阀PV2006B开度增加，外排中变气流量增加，中变气压力减

少，达到工艺控制要求。［见图9）

19）除氧器压力控制PIC2007

图10

当除氧器内压力减少时，PIC2007指示减少；由于PIC2007是反作用调节器,

输出信号增加，控制阀PV2007开度增加，进入除氧器低压蒸汽流量增加，除氧

器内压力增加，达到工艺控制要求。（见图10）

20）外中压蒸汽压力控制PIC2OO8（见图11）

图11

当高压蒸汽管线压力减少时，PIC2008指示减少：由于PIC2008是正作用调

节器，输出信号减少，控制阀PV2008开度减少，外送高压蒸汽流量减少，高压

蒸汽管线压力增加，达到工艺控制要求（见图11）。

21）炼厂气去管网压力控制PIC2004

当进装置后饱和炼厂气管线压力减少时，PIC2004指示减少；由于PIC2004

是正作用调节器，输出信号减少，控制阀PV2004开度减少，去燃料气管网炼厂

气流量减少，装置内炼厂气压力增加，达到工艺控制要求。（见图12）

22）PSA氢气压力控制PIC2202

产品uJUdfi

图12

当PSA氢气管线压力减少时，PIC2202指示减少；由于PIC2202是正作用调

节器，输出信号减少，控制阀PV2202开度减少，外送产品氢流量减少，PSAM

气管线压力增加，达到工艺控制要求。（见图13）

14）过热中压蒸汽温度控制HC2002

图13

当过热后中压蒸汽温度增加时，TIC2002指示增加；由于TIC2002是正作用

调节器，输出信号增加，控制阀TV2002B开度增加，，过热后中压蒸汽温度降低,

达到工艺控制要求。（见图14）

15）工艺气冷却器出口温度控制TIC2018

图14

当E2001后转化气温度增加时，TIC2018指示增加；由于UC2018是反作用

调节器，输出信号减少，控制阀TV10901开度减少，进入E2001中心管高温转化

气流量减少，和除氧水换热转化气流量增加，经过E2001后的转化气温度降低,

达到工艺控制要求。（见图15）

16）中变气水冷后温度控制TIC200I

图15

当E2004后中变气温度增加时，TIC2001指示增加；由于TIC2001是正作用调节

器，输出信号增加，控制阀TV2001开度增加，和中变气换热循环水流量增加，

经过E2004后的中变气温度降低，达到工艺控制要求。（见图16）

4.3串级控制回路

4.3.串级控制回路调节器

在一个调节系统中有主、副两个调节器，分别接受来自对象的不同部位的测

量信号，其中主调节器的输出作为副调节器的给定值，而副调节器的输出去控制

调节阀，以改变调节参数。从系统的结构看，这两个调节器是串接工作的，因此,

这样的系统称为串级调节系统。

4.4分程控制回路

4.4.调节器

根据工艺要求，调节阀只在调节器输出的某段信号范围内动作，这种调节称

为分程调节。即调节器输出0-50%控制一个调节阀的动作，输出50-100%控制另

一个调节阀的动作。

4.5双输出控制回路

根据工艺要求只在调节器输出的某段信号范围内，同时有两个调节阀动作，

这种调节称为双输出控制调节。即调节器输出0-50%控制两个调节阀的同时动

作，输出50-100%也是控制两个调节阀同时动作。

4.6重要控制回路

4.6.1蒸汽转化炉燃烧控制

4.6.1.1目标

燃原料和蒸汽的转化反应是一种吸热过程，这需要向炉膛内的转化炉管供

热。转化炉烧嘴释放的总热量中未传递给转化炉管的部分在转化炉的对流段最大

程度地利用。出转化炉至第一对流段盘管入口的烟气温度大概为1017冤，而转

化炉工艺气体出口温度则为870℃o

4.6.1.2操作事项

转化炉燃烧过程中时，应充分燃烧PSA尾气。为了满足转化炉的燃烧要求，

液化气作为补充燃料添加进去。补充的燃料气根据转化沪的出口温度对转化炉的

燃烧进行整体控制。

4.6.1.3DCS示意图

图16

4.6.1.4转化炉的温度控制

转化炉的温度控制是通过控制器来实现的，它监视转化炉的出口温度。工艺

气体的理想出口温度在870%左右。

TTC2008与FTC2006连接并且以串联方式工作。

PSA尾气定量输送给转化炉。

4.6.1.5转化炉补充燃料气控制

利用FI2006来测量转化炉补充燃料气流量并利用PIC2015或FIC2006

来控制流量。

分别利用PI2015来测量燃料气的压力。压力补偿计算则通过FIC2006

完成。

选择FIC2006流量控制器输出或PIC2015控制器输出，具体取决于哪个输

出更大。这样在转化炉燃料气压力较低情况下也允许压力控制器超驰流量控制。

转化炉启动后补充燃料气阀门FV2006投用自动根据转化炉出口TIC2008温

度的高低调整燃料气阀门开度的大小。

4.6.1.6转化炉PSA尾气燃料控制

PSA进料后，尾气作为主要燃料全部进入转化炉供给燃烧

4.6.2装置负荷和水碳比控制

4.6.2.1目标

蒸汽转化炉(F2002)在相应的催化剂作用下通过与工艺蒸汽反应将甲烷和

高嫌转化为包括氢、二氧化碳和一氧化碳的混合物，因此，原料流量决定着装置

负荷。

为了避免碳生成并附着在转化炉管内催化剂表面，并且确保中温变换炉

(R2003)中有充足的蒸汽供水、气变换反应，工艺蒸汽流量必须超过一个化学比

值。

对于转化炉来说，正常操作的水碳比应控制在4.5左右。

4.6.2.2操作事项

由于输送到制氢装置的原料气的组成存在变化的可能性，将根据转化炉原料

的C1当量分子流量在DCS中控制水碳比。

蒸汽转化炉的原料气是由受压力控制的干气和受流量控制的炼厂气组成的

混合气体。

正常操作条件下，依据混合原料气与混合原料流量的碳系数（碳摩尔量/原

料气摩尔量）计算C1当量。

计算得出的原料C1当帚流量和瞬间蒸汽流量用于计算水碳比，这一计算所

得数值就是水碳比控制器的控制输入（工艺变量r蒸汽流量控制器既可以用作

就地控制器，也可以用作串联控制器，控制水碳比主控制器的远程设定值。

紧急停机系统（ESD）利用专用变送器测量综合转化炉原料流量和蒸汽流量。

ESD根据固定碳系数（碳摩尔量/原料气摩尔量）计算另外一个水碳比并根据低

一低水碳比和低一低转化炉原料流量引发停机。

4.6.2.3DCS示意图

17

4.6.2.4原料流量配置

混合点的混合原料流量通过FI2007来测量。流量的标准化是通过PI2020

和TI2028的压力和温度输入来实现的。简单控制回路F1C2007控制混合原料

流量以及装置负荷。

利用AI2008的在线组分数据来计算混合原料碳系数和它的分子量。

利用混合原料的标准化体积流量来计算混合原料的C1平均碳当量。

在FIC2007中计算预转化炉原料流量的混合C1摩尔当量，即混合原料气的

碳系数乘以混合原料流量。该数值作为DCS水碳比计算的输入使用。

4.6.2.5蒸汽流量配置

转化炉的蒸汽流量通过FIC2008来控制。蒸汽流量的工艺变量来自于蒸汽

流量标准化计算FUI2008,FUI2008从蒸汽流量指示器FI2008、蒸汽流量压

力指示器PT2021和蒸汽流量温度指示器TI2029上获得输入。FTC2008既可

以作为就地控制器使用，也可以作为串联控制器使用，从水碳比主控制器FIC

2008接受一个外部设定值。

4.6.2.6比例计算

根据分析器AI2008的输入中计算DCS水碳比，分析器提供混合原料气的碳

系数(碳摩尔量/原料气摩尔量)、混合原料流量FI2007、蒸汽质量流量FT2008c

计算得出的比例与工艺变量和水碳比主控制器关联。水碳比控制器的输出与蒸汽

流量控制器FTC2008的远程设定值关联。

蒸汽/碳比计算：

4.6.3汽包液位控制

4.6.3.1目标

离开转化炉的工艺气体将在转化炉蒸汽发生器E2001中被冷却，从780℃冷

却到400℃,同时产生3.5MPa(a)饱和蒸汽。E2001通过下降管和上升管与汽

包V2008连接。饱和蒸汽在转化炉对流段过热，然后再作为过热蒸汽进入转化

炉。

汽包接收预热锅炉给水作为补充。汽包中的水位对于防止E2001壳程干烧至

关重要。

4.6.3.2操作事项

汽包液位通过控制进入汽包的锅炉给水流量来维持。

4.6.3.3DCS示意图

中压蒸汽

图18

4.6.3.4液位控制

汽包通过LIC2011快速响应蒸汽流量的变化，从而降低汽包中液位升降的

影响。

离开汽包的蒸汽质量流量和进入汽包的锅炉给水质量流量相匹配。汽包压力

指示器PI2008和蒸汽流量指示器FI2017用于计算汽包出来的饱和蒸汽质量

流量。该流量和FI2008给定的锅炉给水流量相比较。流量之间的差异输送给

计算器LU2008。该计算器接收后输出。输出调整后输送给控制阀LV2008。

液位补偿

液位显示控制器LIC2008从PI2008处接收汽包压力信号来补偿液位。

DCSESD

L1平均.外L12011L12011AB

LImeas%二测量液位，用L:12011国］来表示

LIcomp%=补偿液位，用［%］来表示

第三节装置自保的逻辑控制说明

1转化炉连锁

1.1转化炉跳车连锁ZB

2.,PSA入口温度高位开关Z01

PSA入口温度高高TE2OOI>8O'C

3汽包高液位开关Z02

汽包液位高LT2011AB（二取二）

第四节机组自保的逻辑控制说明

1饱和炼厂气压缩机内部堵塞连锁ZA

转化炉联61停车