HC900在煤制甲醇控制系统中的应用

1、HC900煤制甲醇装置自动化解决方案1.引言甲醇不仅是重要的化工原料，也是洁净燃料。发展大型煤制甲醇，并加工为烯烃和替代燃料， 以煤代替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需要。目前甲醇已在全国部分 省、市广泛推广应用。近年来，国内甲醇消费量持续增长，尤其是燃料甲醇的市场潜力巨大。2,工艺流程简介煤制甲醇生产工序主要分为原料气制备、变换和脱碳、气体净化、气体压缩、甲醇合成、粗甲 醇精馏以及涉及安全环境保护（如废催化剂回收、水处理）等工序。原料气制备方法主要有煤气化 法（德士古TEXACO水煤浆气化、谢尔SHELL干粉煤气化、GSP干粉煤气化、鲁奇碎煤气化和 UGI常压气化）、天然

2、气转化法、焦炉煤气法；原料气处理、精制、压缩工艺的生产则同传统的合 成氨生产工艺类似；甲醇合成工艺则有：ICI低压甲醇合成工艺、Lurgi低压甲醇合成工艺、TEC 的新型反应器以及正趋向成熟的液相法甲醇合成工艺。由煤经煤气化制取合成气，再由合成气在铜基催化剂条件下合成甲醇的典型流程见图1。煤与来自空分的氧气在气化炉内制得高CO含量的粗煤气，经高温变换将CO变换为H2来实 现甲醇合成时所需的氢碳比，再经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后得到甲醇合成气。由于 煤制甲醇碳多氢少，必需从合成弛放气中回收氢来降低煤耗和能耗。回收的氢气与净化后的气体形 成甲醇所需的合成气，即（H2-CO2） / （CO

3、+CO2）=2.OO2.05,经过压缩、合成等工序制 得含水粗甲醇，经过精馏工序精制得到产品甲醇。上述八个工序中的气化和合成是二个决定性的工 艺；而空分、变换、净化、压缩、氢回收、精馏均为常见工艺，与相关行业（如冶金、合成氨工 业）的工艺基本一致。3.控制方案3.1.针对Texaco气化炉的控制方案德士古气化炉控制主要包括常规控制、顺序控制和安全仪表系统，安全仪表系统是其控制难点 与重点。德士古气化炉常规控制以简单调节为主，有一些测量具有一定的特点。如气化炉温度测量，冷 激室液位测量等涉及安全，控制主要为保证安全，具有一定的特殊性，炉内测温电偶多重、液位测 量常配备三台液位计，控制时可以选用不

4、同的测量值作为SP值。氧煤比及负荷升降调节是控制中较为复杂的一个回路，流程图如图2所示，控制框图如图3所 示。图9入喷嘴水觥、氧气及氮气流程图3.2.针对SHELL气化炉的控制方案氧煤比控制系统粉煤流量的中值选择一一粉煤流量的控制采用煤粉调节阀或改变发料罐压力进行控制，对粉煤 流量设计了中值选择回路，将粉煤流量三选二后取中值进行PID调节控制发料罐的压力或煤粉调 节阀的开度。氧气流量的补偿和纯度校正一一入炉氧气流量是影响气化炉温度的关键因素，氧气流量的准确 性尤为重要，设置了氧气流量的温度，压力补偿，补偿计算得到的补偿流量与氧气纯度进行校正， 最终得到氧气流量来进行控制。氧煤比控制一一氧煤比控

5、制采用标准比例功能和内部仪表的比例计算保证氧煤比的稳定，氧煤 比给出值经过乘法器计算氧气流量OSP，作为氧气回路的远程给定，取倒数后经乘法器计算出粉 煤流量，作为煤粉单参数回路的远程给定，从而实现交互控制。煤粉流量发生变化，通过氧煤比自 动控制，通过实测的煤粉流量计算氧气流量，通过PID调节输出值控制氧气自调阀动作。氧气流量发生变化，通过氧煤比自动控制，计算对应煤粉量，通过PID调节后的输出值控制煤 粉调节阀，使粉煤流量按氧煤比变化。气化炉负荷控制气化炉负荷控制由给出，为了防止气化炉负荷过大，设置了速度限制器，将负荷的每分钟变化 限制在一定的范围内。为防止氧气过量设置高低选择器，在粉煤回路上设

6、置高选器，将测量出的煤 粉量与负荷给定的煤粉量进行比较，取高者作为煤粉回路的远程给定的最终值，在氧气回路上设置 了低选器，将测量出的煤粉量与负荷给定的煤粉量进行比较，将其低者作为氧气回路的给定值。3.3.甲醇合成工序控制方案甲醇合成部分控制以简单控制为主，包括驰放气一次减压后压力、驰放气二次减压后压力、出 工段副产中压蒸汽压、闪蒸槽液位调节、甲醇分离器液位、洗醇塔液位调节、洗醇塔底驰放气手 动、进工段合成手动遥控、出工段循环气手动遥控、粗甲醇缓冲槽液位调节、废热锅炉出口转化气 温度、锅炉给水预热器出口水、汽包操作压力、升温气体压力等。复杂回路控制主要有锅炉液位三冲量控制。内环调节的是进锅炉工段

7、给水流量，外环调节的是 汽包液位，前馈是出工段副产中压蒸汽流量，如图4所示。进1一嗫悟假水济量对0带仿瑚匚圈4汽包池位三冲量控制合成工段涉及的安全联锁是在汽包液位低低（小于规定值）时，联锁动作，停原料气压缩机和 合成气压缩机，如图5所示。，花1中可 L ： W乩侔声土 或诲正当点吊彩fl廿LTTMCiq TT4Sl.il-图合成工段联锁囹4. DCS系统的选型与配置HC900是Honeywell公司在大型PKS DCS系统和小型控制器UMC800的基础上推出的新 一代中小型混合控制系统。它不但继承了 Honeywell大型DCS系统对模拟量卓越的处理能力， 还增强了对逻辑量的处理能力，兼备了传

8、统DCS系统与PLC的综合优势，非常适用于既有回路控 制又有大量开关控制及安全连锁的生产装置。开放的以太网连接允许各种HMI/SCADA软件对系 统的访问。基于Windows视窗的控制策略组态软件，可以通过RS 232串口、以太网口甚至通过 Modem远程下装程序，使用户的组态工作更加轻松、容易。HC900还提供高级监测功能、允许 在运行模式下改变并下装程序、可以从控制器上传组态程序等等多项功能。4.1.系统的选型依据1）稳定性HC900系统故障率低，稳定性高，维护量少，为生产系统的安全稳定生运行提供了保证。2）扩展性HC900具有较好的扩展性，便于以后生产扩大带来的系统扩容。只需要增加IO模

9、块，在甲醇 控制室增加操作站，大大减少了扩展系统的投资。3）冗余性HC900具有很好的冗余功能，可以实现处理器冗余、网络冗余和电源冗余。可以满足甲醇生产 过程中的各种冗余要求。4）先进性应具有高性能的回路处理能力，高速逻辑控制，具备快速的扫描刷新时间周期；具备设定点程序控制、顺序控制、时序控制能力、碳电势和RH值控制；具备PID回路自整定 和模糊控制能力；无需开发就能快速地生成各种特殊特定控制模型，从而满足用户特别的生产 控制需求。特别适合甲醇化工的批量过程控制；满足各种现场信号要求的模拟量输入输出模件和开关量输入输出模件，独有的通用模拟量输入 模件，可以在一个模件中混合使用各种输入信号包括电流信号，电压信号，热电偶，电阻信号等；5. DCS系统的配套实施要重视检测仪表的选型和应用，检测仪表是化工自动化的基础，它的稳定性和准确性直接关系 到