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过程控制在空分装置中的应用

时间:11-02 来源:本站整理 点击:

  莱钢12000m3/h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备,采用空气低温精馏法生产高纯度的氧气、氮气和氩气。其简要生产工艺过程如下:原料空气经压缩、预冷,并在分子筛站除去水分和CO2,进入冷箱后分成两股,一股经主换热器逆流冷却进入高压塔,另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏,在低压塔顶部分离出气氮、液氮,在其底部分离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分(约含90%O2、10%Ar和0.05%N2),送往初级粗氩塔中除去氧分,从初级粗氩塔顶部引出气态氩(纯度约99.8%)送到次级粗氩塔底部,进一步除去氧分。最后,含氧量小于0.0001%的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物,生产出纯氩。

  1 控制系统结构

  该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统,其中INFI-90DCS作为过程控制系统,完成数据采集、回路调节及逻辑顺序控制;DECAlpha200计算机用于自动变负荷控制(ALC)。为了保证大型设备安全、可靠地运行,在现场选用了5台PLC,分别完成空压机、氮压机、氧压机和两台膨胀透平机的局部控制。主控室中配有1台工程师工作站、1台操作员监控站、1台自动变负荷过程站和3台打印机,用于生产过程监控,软件组态及图形、报警打印。控制系统网络结构如图1所示。

  

  图1 控制系统网络结构示意图

  该系统配置的最大特点是具有冗余功能,包括:

  INFI-NET环的双环热态冗余。

  两块网络接口模件硬线配置成互为冗余,保证上环网的数据不中断。

  4个多功能处理器分别用硬线配置成两对互为冗余模块,保证系统程序执行不中断。

  工程师工作站与操作员监控站通过以太网配置成冗余,共享两台打印机。

  2 控制功能

  2.1 DCS过程控制

  ElsagDCS主要完成产品加工区、存储区的数据采集和回路控制。控制回路主要有空压机吸入空气的流量控制;空冷塔、水冷塔的液位控制;两分子筛的运行步骤及切换控制;冷箱内各精馏塔及管道内的压力、流量、温度控制;存储罐内的液位及压力控制等等。

  为使整个生产过程运行稳定,各回路间都设有级联控制。该空分装置主要是制取氧气,氧气流量调节回路如图2所示。

  

  图2 氧气流量调节回路组态示意图

  由于氧气流量调节会影响到氩馏分、氧气压力、氧气温度的变化,联锁停车信号会使回路处于安全设定值状态,因此设计过程中需考虑到这些因素的存在,使之处于级联状态,保证了氧气流量的安全调节。

  莱钢12000m3/h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备,采用空气低温精馏法生产高纯度的氧气、氮气和氩气。其简要生产工艺过程如下:原料空气经压缩、预冷,并在分子筛站除去水分和CO2,进入冷箱后分成两股,一股经主换热器逆流冷却进入高压塔,另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏,在低压塔顶部分离出气氮、液氮,在其底部分离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分(约含90%O2、10%Ar和0.05%N2),送往初级粗氩塔中除去氧分,从初级粗氩塔顶部引出气态氩(纯度约99.8%)送到次级粗氩塔底部,进一步除去氧分。最后,含氧量小于0.0001%的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物,生产出纯氩。

   1 控制系统结构

  该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统,其中INFI-90DCS作为过程控制系统,完成数据采集、回路调节及逻辑顺序控制;DECAlpha200计算机用于自动变负荷控制(ALC)。为了保证大型设备安全、可靠地运行,在现场选用了5台PLC,分别完成空压机、氮压机、氧压机和两台膨胀透平机的局部控制。主控室中配有1台工程师工作站、1台操作员监控站、1台自动变负荷过程站和3台打印机,用于生产过程监控,软件组态及图形、报警打印。控制系统网络结构如图1所示。

  

  图1 控制系统网络结构示意图

  该系统配置的最大特点是具有冗余功能,包括:

  INFI-NET环的双环热态冗余。

  两块网络接口模件硬线配置成互为冗余,保证上环网的数据不中断。

  4个多功能处理器分别用硬线配置成两对互为冗余模块,保证系统程序执行不中断。

  工程师工作站与操作员监控站通过以太网配置成冗余,共享两台打印机。

  2 控制功能

  2.1 DCS过程控制

  ElsagDCS主要完成产品加工区、存储区的数据采集和回路控制。控制回路主要有空压机吸入空气的流量控制;空冷塔、水冷塔的液位控制;两分子筛的运行步骤及切换控制;冷箱内各精馏塔及管道内的压力、流量、温度控制;存储罐内的液位及压力控制等等。

为使整个生产过程运行稳定,各回路间都设有级联控制。该空分装置主要是制取氧气,氧气流量调节回路

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