大型煤化工系统联合控制方案及现场机柜间的应用

过程控制实施技术

石 油 化 工 自 动 化,2010,4#76AUTOMATIONINPETRO CHEMICALINDUSTRY

大型煤化工系统联合控制方案及

现场机柜间的应用

李丽琴

(华陆工程科技有限责任公司,西安 710054)

摘要:煤化工项目装置规模大、各装置距离中控室远,常规的控制系统集中布置在一个控制室的方案不能保证信号传输

的稳定。考虑设计现场就地机柜间,控制系统布置采用中央控制室和现场机柜间相结合的方式,从现场机柜间到中央控制室的信号采用双冗余光缆连接。既可有效地减少电缆和桥架用量和施工工作量,又能使信号传输稳定,提高系统的可靠性。具体阐述了根据全厂工艺流程、总图布置设置现场机柜间的详细方案;各装置及中央控制室DCS和全厂紧急停车系统的配置方案,并对现场机柜间与常规设计方案进行了经济效益的分析。

关键词:煤化工;现场机柜间;系统配置;经济效益

中图分类号:TP273 文献标志码:B 文章编号:1007 7324(2010)04 0076 03

0 引 言

近几年煤化工的发展较为迅速,大型煤化工项目一般由多个工艺装置组成,规模较大,工艺复杂,流程长,对控制的要求高,各装置现场仪表距离中控室都比较远。随着计算机技术的发展,监控系统由以前的全部集中在一个控制室的配置方式,逐步趋向于采用设置现场机柜间的方式。近年来由于DCS,SIS电子设备可靠性的提高以及设置现场机柜间节省投资的优势,使工程中设置现场机柜间越来越受到各方面的重视和关注。该文对某大型煤气化项目中设置现场机柜间及DCS,SIS配置方案的具体应用进行论述,以实现 高质量、高可靠、低造价!的目标。1 方案简介1.1 总图布置方案

该项目是以煤为原料的600kt/a甲醇项目,主要分为气化装置(3台气化炉)、甲醇装置、空分装置(2套4.5 103m3/h)、锅炉装置(2台锅炉)。根据总图布置,中控室放在厂前区,距气化装置800m,甲醇装置650m,空分装置500m,锅炉装置850m。各装置距离中控室都比较远,如果按常规设计仪表信号都送至中央控制室的机柜间。初步统计各装置I/O点数均较多,所以电缆传输采用从现场仪表至接线箱,再从接线箱引至中控室,采用24端子的接线箱和12 2 1.5mm2电缆。根据统计的I/O点数,每个接线箱备用10%端子,该项目中接线箱气化装置约有250个、甲醇装置约有180个(包括成套包)。从接线箱至中控室的电缆大约有5.32 105m,进控制室至少需要6排1200(mm) 200(mm)的桥架,对装置管廊的荷

载要求很大,电缆和桥架的材料费用和施工成本都很高。长距离的电缆,使信号衰减,很难保证稳定传输,故在该煤气化项目中设置现场机柜间。1.2 现场机柜间方案

现场机柜间的具体布置方案:全厂设置一个中央控制室、一个气化界区现场机柜间(用于气化、灰水处理和变换等装置)、一个甲醇界区现场机柜间(用于净化、甲醇合成、精馏等装置)、一个空分现场机柜间(用于空分装置)、一个锅炉现场机柜间(用于锅炉装置),每一个现场机柜间用于安装各相关装置的DCS,SIS及ITCC系统机柜。各装置仪表信号就近接入现场机柜间。另外设置现场机柜间还需与结构、建筑、暖通、电气、消防等专业密切配合,做好现场机柜间的抗干扰、防尘、空调、消防、隔音等设计工作。

所有生产装置控制系统操作站均设置在中央控制室。控制站及所有机柜设置在相应的现场机柜间,对应仪表信号传到现场机柜间,再从现场机柜间传到中央控制室,现场机柜间到中控室的信号采用双冗余光缆连接。在中控室进行全厂的控制、监测、

收稿日期:2010 06 22(修改稿)。

作者简介:李丽琴(1977 ),女,山西阳泉人,2000年毕业于沈阳化工学院生产过程自动化专业,现在华陆工程科技有限责任,

第4期 李丽琴.大型煤化工系统联合控制方案及现场机柜间的应用

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报警等操作,可以满足业主统一集中管理的要求。2 配置方案

2.1 各装置DCS配置

a)DCS的所有机柜及压缩机组的机柜均安装在现场机柜间。为方便开车可以在现场机柜间临时设置一台DCS操作站和一台EWS工程师站及打印机。待开车正常后全部集中到中央控制室。

b)配置OPC服务器或串口服务器,与装置的其他控制系统(如机组ITCC等)进行通信,将数据采集进DCS后,统一上传至中央控制室及全厂生产调度中心。

c)为保证数据的传递速度,从现场机柜间的交换机引出2路通过光缆连到中央控制室,其中1路连接1台交换机,用于本装置操作站、网络打印机的连接;另1路连接到上传交换机,负责将数据进行上传,供生产中心和全厂调度指挥中心使用。2.2 中央控制室DCS配置

作为生产中心的调度室,各个装置的DCS操作站均布置在中央控制室。负责对所辖装置的生产数据进行集中显示、处理,使管理、生产调度人员随时了解过程信息,便于管理人员进行生产调度指挥和效益分析,使公司上层迅速做出决策。中央控制室DCS配置1对交换机,用于连接各装置的DCS,同时与全厂的生产调度指挥中心进行连接,负责将生产数据上传。

2.3 SIS配置

全厂设置SIS,包括气化炉、净化、合成、精馏等装置特别重要的联锁,以及大型机组等的联锁。按照工艺要求,当涉及全厂停车的公用系统例如蒸汽供应管网压力和流量低低、仪表空气压力低低、电源中断、故障或电压过低,以及气化炉停车等重要触发因素发生时,将启动全厂联锁。SIS的设计原则:

a)SIS控制器采用三取二方式的三重冗余容错结构(TMR),有完善的自诊断功能。SIS符合IEC61508DINV19250标准(包括软件和硬件),取得IEC61508SIL3或TUVAK6级以上认证。

b)由于SIS控制的是重要和危险的生产装置,进入SIS的输入信号大部分采用三选二配置,要求进入SIS的同一参数点不必分别接入3块不同的输入卡件。一旦出现I/O卡件故障时,不会造成生产装置停车,并且可以随时更换I/O卡而不影响系统运行。

c)每套生产装置的SIS都配置成独立、完整

有3台气化炉),要求每个系列配独立的控制器。

d)由于该项目采用中央控制室和现场机柜室结合的配置方式,正常生产时操作员都在中央控制室,因此生产装置SIS的辅助操作台设置在中央控制室,而SIS控制器设置在相应的现场机柜室。

e)对于离中央控制室较远的装置,从辅助操作台到SIS控制器无法用硬接线实现信号的可靠传送,因此在中央控制室设置了1台SIS远程控制器,辅助操作台上的信号先通过硬线接到远程控制器的输入/输出卡件,远程控制器与装置SIS控制器间通过TUV认证的冗余安全网来传送信号。该煤气化项目采用1套SIS,分4个部分,每一部分使用1台控制器,其中3部分用于3台气化炉,1部分用于全厂联锁及气化炉公用部分,4部分要求相对独立的同时应该通过工业以太网构成一个SIS网络。该项目将单独设立一台事件顺序(SOE)站,以实现对SIS的SOE记录,找出第一事故,并在SOE打印机上自动实时打印。SIS配置如图1所示。

图1 SIS配置方案

3 经济分析

气化界区各装置至气化现场机柜间的平均电缆长度约300m,相比引至中控室单根电缆缩短500m,甲醇界区各装置至甲醇现场机柜间的平均电缆长度约250m,相比引至中控室单根电缆缩短400m,空分装置至空分现场机柜间的平均电缆长度约180m,相比引至中控室单根总电缆缩短320m,锅炉装置至锅炉现场机柜间的平均电缆长度约200m,相比引至中控室单根总电缆缩短650m。由于分支电缆不管采取哪种方案长度都一样,故只分析总电缆和总桥架节省的材料费用和施,

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石油化工自动化 2010年

表1 经济效益分析

气化界区

节省电缆费用(电缆按35元/m计)

节省电缆施工费用(电缆施工费按15元/m计)节省桥架费用(由于采用现场机柜间方案,管廊上桥架只需200(mm) 100(mm)桥架)节省桥架施工费用(施工按90元/m计)节省总费用

注:以上桥架和电缆的费用参考某项目采购价和施工价。

元

甲醇界区22400009600001050500990004349500

空分装置1680000720000477500450002922500

锅炉装置4095000175500015280001440007522000

4375000187500014325001350007817500

从表1可以看出,各界区采用现场机柜间布置方案,计算机电缆和桥架的总费用及施工费用能够节省约2261.15万元,具有明显的经济效益,而且控制区域划分合理,DCS整体性能大为提高。4 结束语

从该项目DCS机柜分散布置的应用来看,DCS机柜放置在现场机柜间,可使DCS 分散!的特点得以更充分地体现,既可有效地减少电缆和桥架用量,减少施工工作量,节省投资,缩短施工周期,同时大量平行敷设的电源电缆和信号电缆间的干扰得以降低,使信号传输稳定,DCS及SIS配置也更加合理,系统可靠性得到提高。

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艾默生将在沙特阿拉伯的燃油发电厂

安装OvationTM专家控制系统

2010年7月8日,艾默生过程管理公司已获选在沙特的拉比格发电厂1号和2号机组安装其OvationTM专家控制系统。这个1320MW(2 660MW)的新建燃油电厂隶属沙特电力公司(SEC),将为沙特阿拉伯西部省供电以刺激经济发展。此合同是与SEPCOIII签订的,SEPCOIII是第一家获得在这个中东国家建立电厂的EPC合同的中国公司。

Ovation控制系统将对各机组中所有锅炉、汽轮机和余热锅炉(HRSG)(全部由东方电力公司提供)进行数据采集及监控。统一控制锅炉和汽轮机的运行有助于提高机组稳定性、响应速度和热效率,更严格地控制电厂的运营以及更轻松地获得电站和汽轮机的关键参数。

Ovation系统还可以控制模拟量控制系统、顺序控制系统、炉膛安全监控系统、电气控制系统、烟气脱硫(FGD)系统、供水泵汽轮机和其他辅助系统。此外,Ovation技术将利用多网络技术管理1号和2号机组的公用系统。另外,运行人员还能监控来自中央控制室的两个机组的运行。

Ovation控制系统管理共约18700个I/O点。该合同还要求艾默生供应共44对Ovation冗余控制器(每台机组20个,还有4对属于两台机组的公用系统)以及22个工作站。1号机组目前预计于2012年7月启用,2号机组预计于2013年4月启用。

艾默生因其过去参与过大型EPC电力项目而声誉卓著,!SEPCOIIII&C专家魏源说, 艾默生以往的EPC经验加上一流的技术和强大的工程服务资源是选择艾默生承接这个项目的主要原因。!

艾默生过程管理公司

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