涟钢30000m /h 空分设备仪控系统调试改进
周小莹, 朱 莹, 余晓
(杭州杭氧股份有限公司设计院, 浙江省杭州市东新路388号 310004)
3
摘要:简介涟钢30000m 3/h 空分设备所用现场仪表及DCS 控制系统, 详细叙述了调试过程
中发现的空分设备仪控系统存在的不足, 分析原因并采取改进措施后, 很好地实现了仪控系统的各项功能。
关键词:大型空分设备; 仪控系统; 调试中图分类号:TB663 文献标识码:B
Improvement of commission of instrument control system of Liangang
30000m 3/h air separation plant
Zhou Xiaoying , Zhu Y ing , Yu Xiaoyun
(Designi ng Instit ute , Hangz hou Hangyang Co. , L t d. , 388Dongxi n Road , Hangz hou , 310004, Zhejiang , P.
R. Chi na )
Abstract :The site instruments and DCS control system used in Liangang 30000m 3/h air separation plant are briefed , the defects of instrument control system of air separation plant found during commission process are detailed , the causes are analyzed and improvement measures are taken , which well realizes functions of the instrument control system.
K eyw ords :Large 2sized air separation plant ; Instrument control system ; Commission
涟源钢铁公司制氧厂(以下简称:涟钢制氧厂) 30000m 3/h 空分设备采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、氧气外压缩流程, 根据工艺流程的要求, 仪控系统配置了各种仪表及自动化装置来监控成套空分设备各部机的工艺参数, 并实现对各主要操作阀门的自动控制或遥控操作以及必要的联锁保护措施, 以保证空分设备长期、稳定、安全运行。
2009年6月9日, 涟钢30000m 3/h 空分设备开始空压机单机试车, 经过一个多月的调试工作, 整套机组稳定运行。现对调试仪控系统过程中遇到的一些问题及相应的改进措施进行总结。
1 30000m 3/h 空分设备仪控系统简介
用于涟钢30000m 3/h 空分设备的温度仪表主要有Pt100铂电阻、双支铂电阻、铠装铂电阻和双金属温度计。一般测温点采用Pt100铂电阻; 冷箱内测温点采用双支铂电阻, 一用一备; 铠装铂电阻一般用于振动比较大的测温点, 如氧压机增速机轴承处温度的测量; 而双金属温度计只用于就地温度显示。
压力仪表主要有弹簧管压力表、压力变送器和压力控制器。弹簧管压力表主要用于就地压力显示; 压力变送器把被检测点的过程压力, 通过一定的检测手段来检测并变送成4～20mA 的信号, 可带有现场表头指示; 压力控制器主要用于对过程压
收稿日期:2009212219; 修回日期:2010202203
作者简介:周小莹, 女, 1982年生, 2008年毕业于陕西科技大学控制理论与控制工程专业, 现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事空分设备仪控系统设计、调试等工作。
・22・
力的自动报警或联锁, 如膨胀机密封气压力测点用压力控制器, 当密封气压力低于设定的压力值时, 压力控制器的接点断开。
流量仪表主要测量元件有孔板、威力巴、玻璃转子流量计、金属转子流量计、文丘里和电磁流量计。孔板用于大部分气体流量的测量; 威力巴最大的优点是压力损失小, 重复测量精度高, 如进入冷箱空气总管的流量就采用威力巴; 玻璃转子流量计和金属转子流量计一般用于现场指示, 玻璃转子流量计用作冷箱气封气流量的测量, 金属转子流量计用作循环粗氩泵密封气流量的测量; 文丘里压力损
失小, 测量精度高, 冷箱内粗氩流量的测量就使用文丘里; 电磁流量计主要用于水流量的测量。
液位仪表主要有翻板液位计和差压变送器。空冷塔和水冷塔的就地液位指示采用翻板液位计, 而其送入DCS 控制系统的液位信号则使用法兰式差压变送器和毛细管, 以防止水中的杂质进入差压变送器; 精馏系统内的低温液体液位使用差压变送器并且配有电加热液面补偿器, 以防止液体管道中存在气、液两相, 使测量结果不稳定和产生误差。
DCS 控制系统采用美国某公司的I/A ’S 过程控
制系统, 其结构如图1所示
。
图1 DCS 控制系统结构示意图
2 仪控系统调试
211 空压机系统
空压机进口导叶开度由出口流量控制, 防喘振阀开度由出口压力控制。由于空压机启动瞬间轴振动值比较大, 所以轴振动联锁在空压机启动60秒后投入使用。
空压机振动探头、前置器及变送器使用Entek XM 系列产品, 沈阳鼓风机集团有限公司设计时没
有给用户配置现场变送器保护箱, 在现场无法安装, 所以用户把变送器放在了中控室机柜里。由于前置器输出的是毫伏级信号, 极易受到干扰。前置器与变送器之间的电缆既没有单独走桥架, 也没有设置屏蔽, 且离高压电缆非常近, 所以导致其他电
机(甚至油泵) 的启动, 都会引起空压机轴振动值瞬间超高而使空压机联锁停机。
把前置器与变送器之间的电缆进行单独穿管屏蔽后再放入桥架, 在启动其他设备的小电机时没有再发生空压机轴振动值瞬间超高的现象。但是在启动大电机时, 空压机又由于轴振动值瞬间超高而联锁停机。于是在现场增加变送器保护箱, 把变送器移至现场, 再把变送器输出的4～20mA 信号送入DCS 控制系统卡件。至此再没有出现由于启动其他设备而导致空压机联锁停机。212 分子筛纯化系统
分子筛纯化系统通过DCS 控制系统的顺控程序来控制各切换阀门的动作, 以实现分子筛纯化系统的卸压、加热、吹冷及均压4个步骤。其控制特点如下:
(1) 污氮放空阀V1219为调节阀, 在顺控程序中设置“预设开”和“预设关”的功能, V1219阀开和关的度数均可在画面上设置, PID 控制器在
・23・
预设开或关值的基础上进行调节, 以减少分子筛吸附器在切换过程中引起的上塔压力波动。
(2) 为了避免压力波动时产生的气流冲击吸附剂床层, 使床层发生移动或摩擦, 对均压阀和卸压阀的行程采用分段控制, 建议设5段以上, 其中分子筛吸附器均压阀V1207的开度曲线尽量平滑上升, 分段多些更好。这样, 阀门开度随着时间缓慢变大, 减少对吸附剂床层的冲击, 使吸附剂的工作效果更好。
V1207阀的开度与时间的对应关系应根据现场
实际运行情况进行调整。根据空分设备现场分子筛纯化系统运行情况, 调整V1207阀开度与时间的对应关系(如图2所示)
。
图2 分子筛吸附器均压阀开度与时间的对应关系
分子筛吸附器加热末期, 仪控系统送出停运电加热器信号, 而实际上电加热器未停运, 导致分子筛加热器无气通电, 温度快速上升。首先, 确定DCS 控制系统将停车信号输送给电控系统; 然后
检查电控信号, 发现用户把原先开、停电加热器由一个点控制改为开、停两个点控制, 但又没有反馈给调试人员, 因此, 相当于仪控系统并没有将停车信号送给电气回路。增加一路开车信号给电控系统后问题解决。
分子筛吸附器切换末期, 出口空气中二氧化碳
・24・
含量超标。根据操作员反映, 是因为要处理电加热器故障, 其中一只分子筛吸附器中的分子筛再生不彻底。
首先校验二氧化碳含量分析仪, 然后采取缩短使用周期、提高加热温度、加大再生气量等一系列措施后仍无法解决这一问题, 由此判断分子筛量偏低的可能性较大(后经核查发现, 分子筛的确少装) 。于是在停车检修期间分别向2只分子筛吸附器再补充分子筛, 且在加热再生阶段将3台电加热器同时接通, 对分子筛进行高温再生。经过几个周期的运行, 分子筛吸附器运行效果良好, 可以完全满足工艺要求。213 制氩系统
在调试空分设备制氩系统时, 发现粗氩中氧含量偏高。重新校验微量氧分析仪, 结果显示粗氩中氧含量仍然偏高。
循环粗氩泵的加温管道与仪表空气管道为同一个气源, 现场检查发现循环粗氩泵加温阀漏气使部分空气进入, 导致粗氩中氧含量偏高。重新检查并做相应处理后制氩系统即投入正常运行。214 压力及差压变送器
空分设备调试时发现压力及差压变送器的显示值与运行实际值不符。检查发现, 这是由导压管堵塞或泄漏、差压变送器平衡阀未全关等原因引起的。重新补漏并做相应处理后即正常显示。
3 结束语
在涟钢制氧厂30000m 3/h 空分设备调试中, 发现了仪控系统存在的不足, 采取相应改进措施后, 很好地实现了仪控系统的各项功能, 为空分设备长期稳定、安全运行奠定了基础。希望能给空分设备设计和用户单位提供借鉴, 避免在今后的设计和调试中走弯路。★
涟钢30000m /h 空分设备仪控系统调试改进
周小莹, 朱 莹, 余晓
(杭州杭氧股份有限公司设计院, 浙江省杭州市东新路388号 310004)
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摘要:简介涟钢30000m 3/h 空分设备所用现场仪表及DCS 控制系统, 详细叙述了调试过程
中发现的空分设备仪控系统存在的不足, 分析原因并采取改进措施后, 很好地实现了仪控系统的各项功能。
关键词:大型空分设备; 仪控系统; 调试中图分类号:TB663 文献标识码:B
Improvement of commission of instrument control system of Liangang
30000m 3/h air separation plant
Zhou Xiaoying , Zhu Y ing , Yu Xiaoyun
(Designi ng Instit ute , Hangz hou Hangyang Co. , L t d. , 388Dongxi n Road , Hangz hou , 310004, Zhejiang , P.
R. Chi na )
Abstract :The site instruments and DCS control system used in Liangang 30000m 3/h air separation plant are briefed , the defects of instrument control system of air separation plant found during commission process are detailed , the causes are analyzed and improvement measures are taken , which well realizes functions of the instrument control system.
K eyw ords :Large 2sized air separation plant ; Instrument control system ; Commission
涟源钢铁公司制氧厂(以下简称:涟钢制氧厂) 30000m 3/h 空分设备采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、氧气外压缩流程, 根据工艺流程的要求, 仪控系统配置了各种仪表及自动化装置来监控成套空分设备各部机的工艺参数, 并实现对各主要操作阀门的自动控制或遥控操作以及必要的联锁保护措施, 以保证空分设备长期、稳定、安全运行。
2009年6月9日, 涟钢30000m 3/h 空分设备开始空压机单机试车, 经过一个多月的调试工作, 整套机组稳定运行。现对调试仪控系统过程中遇到的一些问题及相应的改进措施进行总结。
1 30000m 3/h 空分设备仪控系统简介
用于涟钢30000m 3/h 空分设备的温度仪表主要有Pt100铂电阻、双支铂电阻、铠装铂电阻和双金属温度计。一般测温点采用Pt100铂电阻; 冷箱内测温点采用双支铂电阻, 一用一备; 铠装铂电阻一般用于振动比较大的测温点, 如氧压机增速机轴承处温度的测量; 而双金属温度计只用于就地温度显示。
压力仪表主要有弹簧管压力表、压力变送器和压力控制器。弹簧管压力表主要用于就地压力显示; 压力变送器把被检测点的过程压力, 通过一定的检测手段来检测并变送成4～20mA 的信号, 可带有现场表头指示; 压力控制器主要用于对过程压
收稿日期:2009212219; 修回日期:2010202203
作者简介:周小莹, 女, 1982年生, 2008年毕业于陕西科技大学控制理论与控制工程专业, 现在杭州杭氧股份有限公司设计院从事空分设备仪控系统设计、调试等工作。
・22・
力的自动报警或联锁, 如膨胀机密封气压力测点用压力控制器, 当密封气压力低于设定的压力值时, 压力控制器的接点断开。
流量仪表主要测量元件有孔板、威力巴、玻璃转子流量计、金属转子流量计、文丘里和电磁流量计。孔板用于大部分气体流量的测量; 威力巴最大的优点是压力损失小, 重复测量精度高, 如进入冷箱空气总管的流量就采用威力巴; 玻璃转子流量计和金属转子流量计一般用于现场指示, 玻璃转子流量计用作冷箱气封气流量的测量, 金属转子流量计用作循环粗氩泵密封气流量的测量; 文丘里压力损
失小, 测量精度高, 冷箱内粗氩流量的测量就使用文丘里; 电磁流量计主要用于水流量的测量。
液位仪表主要有翻板液位计和差压变送器。空冷塔和水冷塔的就地液位指示采用翻板液位计, 而其送入DCS 控制系统的液位信号则使用法兰式差压变送器和毛细管, 以防止水中的杂质进入差压变送器; 精馏系统内的低温液体液位使用差压变送器并且配有电加热液面补偿器, 以防止液体管道中存在气、液两相, 使测量结果不稳定和产生误差。
DCS 控制系统采用美国某公司的I/A ’S 过程控
制系统, 其结构如图1所示
。
图1 DCS 控制系统结构示意图
2 仪控系统调试
211 空压机系统
空压机进口导叶开度由出口流量控制, 防喘振阀开度由出口压力控制。由于空压机启动瞬间轴振动值比较大, 所以轴振动联锁在空压机启动60秒后投入使用。
空压机振动探头、前置器及变送器使用Entek XM 系列产品, 沈阳鼓风机集团有限公司设计时没
有给用户配置现场变送器保护箱, 在现场无法安装, 所以用户把变送器放在了中控室机柜里。由于前置器输出的是毫伏级信号, 极易受到干扰。前置器与变送器之间的电缆既没有单独走桥架, 也没有设置屏蔽, 且离高压电缆非常近, 所以导致其他电
机(甚至油泵) 的启动, 都会引起空压机轴振动值瞬间超高而使空压机联锁停机。
把前置器与变送器之间的电缆进行单独穿管屏蔽后再放入桥架, 在启动其他设备的小电机时没有再发生空压机轴振动值瞬间超高的现象。但是在启动大电机时, 空压机又由于轴振动值瞬间超高而联锁停机。于是在现场增加变送器保护箱, 把变送器移至现场, 再把变送器输出的4～20mA 信号送入DCS 控制系统卡件。至此再没有出现由于启动其他设备而导致空压机联锁停机。212 分子筛纯化系统
分子筛纯化系统通过DCS 控制系统的顺控程序来控制各切换阀门的动作, 以实现分子筛纯化系统的卸压、加热、吹冷及均压4个步骤。其控制特点如下:
(1) 污氮放空阀V1219为调节阀, 在顺控程序中设置“预设开”和“预设关”的功能, V1219阀开和关的度数均可在画面上设置, PID 控制器在
・23・
预设开或关值的基础上进行调节, 以减少分子筛吸附器在切换过程中引起的上塔压力波动。
(2) 为了避免压力波动时产生的气流冲击吸附剂床层, 使床层发生移动或摩擦, 对均压阀和卸压阀的行程采用分段控制, 建议设5段以上, 其中分子筛吸附器均压阀V1207的开度曲线尽量平滑上升, 分段多些更好。这样, 阀门开度随着时间缓慢变大, 减少对吸附剂床层的冲击, 使吸附剂的工作效果更好。
V1207阀的开度与时间的对应关系应根据现场
实际运行情况进行调整。根据空分设备现场分子筛纯化系统运行情况, 调整V1207阀开度与时间的对应关系(如图2所示)
。
图2 分子筛吸附器均压阀开度与时间的对应关系
分子筛吸附器加热末期, 仪控系统送出停运电加热器信号, 而实际上电加热器未停运, 导致分子筛加热器无气通电, 温度快速上升。首先, 确定DCS 控制系统将停车信号输送给电控系统; 然后
检查电控信号, 发现用户把原先开、停电加热器由一个点控制改为开、停两个点控制, 但又没有反馈给调试人员, 因此, 相当于仪控系统并没有将停车信号送给电气回路。增加一路开车信号给电控系统后问题解决。
分子筛吸附器切换末期, 出口空气中二氧化碳
・24・
含量超标。根据操作员反映, 是因为要处理电加热器故障, 其中一只分子筛吸附器中的分子筛再生不彻底。
首先校验二氧化碳含量分析仪, 然后采取缩短使用周期、提高加热温度、加大再生气量等一系列措施后仍无法解决这一问题, 由此判断分子筛量偏低的可能性较大(后经核查发现, 分子筛的确少装) 。于是在停车检修期间分别向2只分子筛吸附器再补充分子筛, 且在加热再生阶段将3台电加热器同时接通, 对分子筛进行高温再生。经过几个周期的运行, 分子筛吸附器运行效果良好, 可以完全满足工艺要求。213 制氩系统
在调试空分设备制氩系统时, 发现粗氩中氧含量偏高。重新校验微量氧分析仪, 结果显示粗氩中氧含量仍然偏高。
循环粗氩泵的加温管道与仪表空气管道为同一个气源, 现场检查发现循环粗氩泵加温阀漏气使部分空气进入, 导致粗氩中氧含量偏高。重新检查并做相应处理后制氩系统即投入正常运行。214 压力及差压变送器
空分设备调试时发现压力及差压变送器的显示值与运行实际值不符。检查发现, 这是由导压管堵塞或泄漏、差压变送器平衡阀未全关等原因引起的。重新补漏并做相应处理后即正常显示。
3 结束语
在涟钢制氧厂30000m 3/h 空分设备调试中, 发现了仪控系统存在的不足, 采取相应改进措施后, 很好地实现了仪控系统的各项功能, 为空分设备长期稳定、安全运行奠定了基础。希望能给空分设备设计和用户单位提供借鉴, 避免在今后的设计和调试中走弯路。★