制氢装置仪表控制系统操作规程.doc

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1、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上进行显示。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

2、 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）。 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

3、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

4、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IEC标准K型热电偶或采用Pt100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

5、 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420mADC（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

6、条件选用直通球阀、闸阀、Y 型截止阀。对于装置重要的联锁阀，在其附近设置了储气罐用于断风的情况下实现联锁动作。 6.6.2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锆分析仪； 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锆分析仪。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.

7、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42 0mA=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。6) 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

8、，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2.1 P/T 补偿2.1.1 孔板/文氏管/皮托管测量Pmeas.:=测量压力，单位MPa gPdesign:=孔板计算所用的设计压力，单位 MPa gTmeas.:=测量温度，单位 CTdesign:=孔板计算所用的设计温度，单位 CFmeas.:=测量流量，单位 kg/hFcal.:=正常条件下的补偿流量，单位 kg/hdP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FI 2001原料气进装置FI 2002

9、开工氢气FI2005高压氢气FI 2020导热油FI2008入炉蒸汽FI 2007入转化炉原料FI 2006入转化炉燃料气FI 2021入转化炉空气FI 2015中变气进PSAFI 2014蒸汽进气提塔FI 2013酸性水去除氧器FI2016除盐水进装置FI 20183.5MPa蒸汽出装置FI 2201粗氢进PSAFI 2202氢气出装置2.2 涡阶测量Pmeas.:=测量压力，单位 MPa (g)Tmeas.:=测量温度，单位 CFmeas.:=运行条件下的测量流量，单位 kg/hFcal.:=正常条件下的计算流量，单位 kg/h3 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

10、），那么应采用以下3选2（2oo3）表决逻辑： 1.无不良 I/O使用3个信号中间的那个信号2.发现一处不良I/O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H手动高报警I电流指示J功率K时间程序操作器L液位低报警M电动NO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

11、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FV2002FC2配汽流量控制FV2008FO3炼厂气压缩机出口手操控制PV2003FC4炼厂气去火炬总管手操控制PV2006FO5汽包上水手操控制LV2008FC6

12、中变气进PSA手操控制PV2006AFC8第一分水罐液位控制LV2004FC9第二分水罐液位控制LV2005FC10除氧器液位控制LV2009FC11第三分水罐液位控制LV2006FC12第四分水罐液位控制LV2007FC13外送高压蒸汽压力控制PV2008FC14炼厂气去管网压力控制PV2004FC15开工氢压力控制PV2002FC16PSA产品氢压力控制PV2201FC17中变气水冷后温度控制TV2001FC4.2.3 单回路控制图示10) 炼厂气进料流量控制FIC10203图1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

13、，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FIC2008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LIC2011除氧水E2003E2002V2008中压蒸汽=FIC20092011ALIC20172017FI11001FT2009LV2009高压除氧水FUC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PIC200

14、6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、四分水罐液位控制LIC2004 、LIC2005 、LIC2006 、LIC2007、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)15) 除氧器液位控制LIC2009图6当除氧器液位减少时，L

15、IC2009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图7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

16、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，PIC2006指示增加；由于PIC2006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PIC2008(见图11)图11当高压蒸汽管线压力减少时，PIC2008指示减少；

17、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图11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

18、量减少，PSA氢气管线压力增加，达到工艺控制要求。(见图13)14）过热中压蒸汽温度控制TIC2002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TIC2018TIC2018TG2018E2001TV2018转化气去R2003转化气来自F2002中压蒸汽FC中压蒸汽图14当E2001后转化气温度增加时，TIC2018指示增加；由于TIC2018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

19、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TIC2001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

20、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 目标烃原料和蒸汽的转化反应是一种吸热过程，这需要向炉

21、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1017C，而转化炉工艺气体出口温度则为870C。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炉的出口温度对转化炉的燃烧进行整体控制。 4.6.1.3 DCS 示意图图164.6.1.4 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870C左右。 TIC2008 与 FIC2006连接并且以串联方式工作

22、。 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FI 2006来测量转化炉补充燃料气流量并利用PIC 2015 或 FIC 2006来控制流量。 分别利用PI 2015 来测量燃料气的压力。压力补偿计算则通过FIC 2006完成。选择FIC 2006流量控制器输出或PIC 2015 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FV 2006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

23、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烃转化为包括氢、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

24、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当量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）。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低水碳比和低低转化炉原料流量引发停机。4.6.2.3 DCS 示意图174.6.2.4 原料流量配置混合点的混合原料流量通过FI 20

25、07来测量。流量的标准化是通过PI 2020 和 TI2028的压力和温度输入来实现的。简单控制回路 FIC 2007控制混合原料流量以及装置负荷。 利用AI 2008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FIC 2007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FIC 2008来控制。蒸汽流量的工艺变量来自于蒸汽流量标准化计算FUI 2008，FUI 2008 从蒸汽流量指示器FI 2008

26、、蒸汽流量压力指示器 PI 2021和蒸汽流量温度指示器TI 2029上获得输入。FIC 2008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AI 2008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FI 2007、蒸汽质量流量 FI 2008。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FIC 2008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

27、发生器E2001中被冷却，从780冷却到400，同时产生3.5 MPa(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。 4.6.3.3 DCS 示意图除氧水E2003E2002V2008中压蒸汽=FIC20092011ALIC20172017FI11001FT2009LV2009高压除氧水FUC图184.6.3.4 液位控制汽包通过LIC 2011快速响应蒸汽流量的变

28、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PI 2008和蒸汽流量指示器 FI 2017用于计算汽包出来的饱和蒸汽质量流量。该流量和 FI 2008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LU 2008。该计算器接收后输出。输出调整后输送给控制阀 LV 2008 。液位补偿液位显示控制器LIC 2008从 PI2008处接收汽包压力信号来补偿液位。DCSESDLI 平均.%LI 2011LI 2011ABLI meas% =测量液位，用 L:I2011 %来表示LI comp% = 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 ZB2.， PSA入口温度高位开关 Z01PSA入口温度高位开关连锁PSA入口温度高高TE200180KV2007关闭、KV2008开PV2006B全开复位3 汽包高液位开关 Z02汽包液位高LT2011AB（二取二）打开定排HV2002关闭FV2008复位汽包液位高开关连锁第四节 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