TS3000在航天炉煤化工中应用

1、1/ / 1010TS3000 在航天炉煤化工中的应用作者：李元华河南濮阳龙宇化工有限责任公司仪表车间引言：近年来，随着中国经济的高速发展和工业技术的不段进步，我国甲醇行业也发生了很 大的变改，其制气工艺也在不断的改进和发展：从原始的优质无烟块煤常压固定床造气炉间歇 式制气（50 年代 ，到近年来的美国 GE 公司的 Texco 水煤浆加压气化技术和荷兰壳牌公司的 Shell 粉煤加压气化技术，再到最近我国第一套航天炉HT-L 粉煤加压气化技术在我公司的成功投产，工艺的可控性、安全性、能耗比、经济性都在不断的改变和进步。一、概述濮阳龙宇化工是隶属于河南永煤集团的一个化工公司，工艺改造前该公司有

2、甲醇生产规模为年产 12 万吨，其装置采用天然气与煤制气联合生产甲醇工艺。煤制气采用优质无烟煤常压固定床造气炉间歇式制气，工艺落后，冷煤气效率 即合成气含有原料煤的能量）仅50%，煤的一半能量被浪费，并污染环境。为了适应行业的发展和配合永煤煤化工做大做强的目标，从2006年我公司和中国北京航天科技集团经过整体调研，确定由我公司承建其首套国产粉煤加压气化示范装置产业化开发研究 ”项目。目前世界上已实现工业化应用的洁净、高效煤气化技术有两种，即美国GE 公司的 Texco 水煤浆加压气化技术和荷兰壳牌公司的Shell 粉煤加压气化技术。两种技术在国内大氮肥和甲醇行业都已经成功引进。GE 公司的 T

3、exaco 水煤浆加压气化技术，因为对煤的成浆性和灰熔点特殊的要求，国内只有兖州、神府、华亭、义马、鹤岗等少数地区的煤炭可以用作其原料，难以实现原料煤的本地化，很难在全国的发电和煤化工企业推广。壳牌公司的 Shell 粉煤加压气化技术，对于煤种的适应性广，但设备投资大，关键设备基本依赖进口，尤其是特殊阀门、气化炉内件和燃烧器，因为必须依赖进口，每年的备品备件费用对 于一个 18 万吨/年合成氨厂来讲超过 3000 万元。HT-L 粉煤加压气化技术充分吸收了当今世界两大先进煤气化技术的优点，是在引进、消化吸收基础上的再创新。该技术在备煤、输煤、燃烧调节系统、气化炉辐射段均采用先进的粉煤气 流床气

4、化技术；灰渣水系统、洗涤、净化则采用气体急冷流程技术。利用北京航天动力研究所多年来在煤气化以及能源化工行业关键设备研制方面的成果，重点在原料煤本地化、工艺路线 的优化、减少投资、关键设备国产化方面所做的工作。研制了具有高效节能的煤气化技术。2/ / 1010HT-L 技术与壳牌、德士古主要经济技术指标的比较见表:_HT-L売JW诲 i*i西 Xgpx财客87* *4日ITLJ330 3&Q祖O 450覃严 r1 Gj0ak33i 6EG伽3x*呻j占w啊不W乔FU1 100 -1700 净屯廉乗豐斎炉并我 中圧丘丛爭亦-ZLR1Q1:-惑】!E*W陵 r 咅火捷J_!2(蓦医內tW L

5、w斗图一气化炉体示意图如图-24/ / 1010图-2因为航天气化炉的工艺特征，该炉体的工作环境属于高温1500-1700C）高压 V4MPA，因为采取了加压煤粉给料技术和灰渣水气体急冷技术，所以对整个工艺的给料系统与气化炉燃烧系统以及灰渣处理系统 的相互联锁以及各自系统的保护就要求很高。因为整个仪表控制系统中有大量的设备联锁功能比如单个煤烧咀供料阀的联锁就将近 20 个，同时又相互关系），单元联锁功能比如气化炉停车联锁、），复杂控制回路 负荷控制回路等一共 11 个）和顺序控制回路 比如点火烧嘴开车顺控等），而且这些控制和回路 又相互联锁，以至于在煤化工行业流行这样一句话：开煤化工就是开联锁

6、仪表系统。只要仪表系统正常， 工艺生产就很可以很好的连续进行下去。2.TRICON TS3000 系统TS3000 系统的硬件核心是 TRICON 的三重模件冗余容错TMR 结构的控制器。每个主处理器：CPU32 位、50MHZ,2X16M RAM 工作方式为 3-2-1-0，其 32 位浮点协处理器的使用得到了TUV AK-6 级的安全认证，系统中所有的 I/O 信号都经过硬件的三取二表决 如图-3 所示）。TS3000 系统具有最高的可靠性和可用率，并获得了国际电工学会IEC SIL-3 级和德国技术监督局 TUV AK-6 级安全认证。TS3000 系统所用软件为 TRISTATION

7、1131,其支持 TRICON 系统过程控制和安全控制等各种功能块图库，这些功能块包括：模拟输入、指数滤波、PID、超前滞后、积分、中值选择、模拟输岀、气体检测Main Pronticriinpul ModuleOutpvt Module5/ / 1010器、在线监控、打印及其它TRICON 特殊的功能块，比如调速控制模块、多阀控制模块等。TRISTATION1131 提供的用户编程语音有：功能块图 PBD梯形图LD）、结构性文本 vST）。TS3000 系统的主要特点：?主处理器和 I/O 卡件完全三重化?没有单点故障会造成系统失效?独特的 I/O 逻辑槽位设计 提供工作和备用两个槽位）保障

8、故障卡件全部在线更换?CPU 内浮点协处理器经过 TUV 六级认证?32 位 CPU 芯片保证了系统快速运行?系统高度的自诊断覆盖率，诊断功能皆为系统内置，不需编写应用程序?所有模拟量卡件精确度高，并可以定期自动校验?主处理器和 I/O 卡件的更换一样方便?系统按照 IEC SIL-3 标准设计的基于 WIN XP 的编程软件使用方便，并提供离线模拟仿真?毫秒级的 SOE 功能将为用户的故障和事件分析提供极大帮助?灵活可变的规模将为系统的扩展提供极大的便利并有效的降低扩建成本三、TS30TS300000 系统在航天炉煤化工工艺中的应用TS3000 系统代表着国际最领先的关键设备安全控制系统，它

9、积累了TRICONES 司多年来从事安全控制领域的经验，为我公司的航天加压气化炉的安全连续运行提供最可靠的保证。下面就举例说明TS3000 系统在濮阳龙龙宇化工 HT-L 粉煤加压气化技术中的应用情况：1 濮阳龙宇化工所用 TS3000 系统的网络图6/ / 10102.濮阳龙宇化工所用 TS3000 系统的主要功能：.模拟量处理如下图-5 所示，气化炉压力 31PT0086A 由模拟量卡件 3700A 输入系统，其机架物理地址是C3S4第三个机架的第四个槽位）第 6 通道，如图所示，该压力点的量程是0 到 6MPAG 现场 4-20Ma 信号经卡件转换为819-4095 范围的码值进入控制系

10、统，此时码值为2445，则对应现场的压力值为 2.98MPAG 该压力点有三个报警值，分别是低报警、高报警和高高报警，对应的报警值分别是：0.1MPAG 0.3MPAG 4.25MPAG 根据用户需要设定为 1 报警，此刻产生的报警是高报警，那么低报警点31PT0086A -H 置 1，图-5 中表现为变为红色。klANCHASSISlJiaiWJIH询7/ / 1010气化炉整体停车保护联锁 根据气化炉的工作环境和工艺控制要求，本联锁保护提供正常运行中的紧急停车保护和投运行时的正常允许保护。在正常运行的时候，如果没有急停条件产生，则该联锁的输岀为1 ;如果有紧急停车条件产生，则 31UZ-0

11、010A 产生一个急停信号 0,该信号去后续各个联锁以及 DCS 系统中实现各个其他联锁设备和工 段的紧急停车，实现对气化炉体和相关设备的安全保护。在停车后如果所有联锁停车条件消失，则该联锁逻辑允许开车，在点火投运过程中如果有新的急停条件发生，则该联锁会立即输岀0,终止开车程序。该联锁程序在 TS3000 中的实现如图-6 所示8/ / 1010煤烧咀氧气系统安全保护联锁逻辑开工烧嘴投用安全保护联锁逻辑点火烧嘴投用安全保护联锁逻辑气化炉吹扫联锁逻辑煤粉管线切断阀联锁逻辑 V9*giJ-6MH7、 -Bda I9/ / 1010以 31UZ-0101A 为例，该逻辑是煤粉管线切断阀 31XVS-

12、0101 的开阀关阀逻辑，当开阀命令发出后 5 秒内阀 门开到位，而且没有其他的关阀联锁信号 比如氧阀 31XSV-0040 没有开到位)，那么该逻辑输出一个 1 信 号使电磁阀持续带电，则煤粉管线切断阀 13XVS-0101 打开。反之则关闭。该逻辑在 TS3000 系统中的实现 如图-7 所示煤粉管线三通阀联锁逻辑 氧气预热器出口氧切断阀联锁逻辑氧管线上氧切断阀联锁逻辑 (11)煤烧咀供氧保护联锁逻辑 (12)气化炉查泄露联锁逻辑 (13)S0E 功能TS3000 系统共有 16 个 SOE 块可以选择使用，16 个 SOE 块可以同时记录的最大点数是6 万个。每个块可10/ / 1010以同时采集最多 2 万点。四、结论北京康吉森自动化设备技术有限公司提供的TS3000 系统在濮阳龙宇化工 HT-L 气化炉的应用，保证了该工艺系统和设备的安全运行，并在2008 年 10 月投产以来的历次停车中准确安全