乙烯装置仪表与自动控制系统课件

1、现代化乙烯工厂控制和信息管理集成系统11.健康、安全及环保方面有可靠保证；2.高质量过程测量、控制，友好的人机界面；3.由控制系统故障引起非计划停车最少；4.提供现代化石化企业的管理和操作报告；5.提供现代化石化企业的技术数据、历史数据、维修计划、存量控制和采购计划；6.提供现代化石化企业的计划调度和优化,满足市场需求并获得最大的利润；7.现代化石化企业、供应商和客户管理信息系统集成在同一个互联电子商务网络上；8.提供最好的操作培训支持和人力配置水平。总体目标 :1-12第一级：过程信息第二级：工厂信息第三级：企业信息信息集成的级别1-23 信息集成方框图供应计划 (13月) 供应&分配人力资

2、源 财务/会计 采购短期计划(37 天)工程支持 操作支持 材料管理 (贮存) 日调度 工艺模型 能源&环境 文件&图纸工厂信息过程控制&监视 先进控制 维护管理实验室信息 物料平衡 &数据处理 过程优化 培训仿真 终端管理 罐区管理运输 & 装卸管理 决策支持第二级 操作监视企业信息第三级 工艺装置 终端 界区外/船舶装卸监督控制 & 数据采集Dat第一级过程信息1-34信息流集成方框图 人力资源管理财务/会计管理采购/材料管理 历史数据库 & 实时数据库 工艺模型 组合 物料平衡 主DCS系统 & 子系统维护管理 实验室信息 管理先进过程控制 实时过程优化 培训仿真 储运自动化系统 关系数

3、据库 计划/调度供应/分配 管理 操作管理文件管理数据库管理 工艺装置 终端 界外设施/码头装卸第二级: 工厂信息第三级: 企业信息第一级: 过程信息1-451 工艺流程数据石油化工生产装置是连续的生产过程（亦称为流程工业），工艺流程数据能直接、实时、准确反映生产装置运行状况。工艺流程数据包括在线测量温度、压力、流量、物位、分析组份数据，控制阀及开关阀动作状态，原料、产品、操作参数，能耗等。为操作、管理人员提供优化调度计划的依据，实施先进过程控制和实时优化的基础。企业的信息数据1-562 产品质量数据石油化工企业的管理、营销、操作者均应掌握可靠、实时的产品质量数据，以便根据市场需求及时调节生产

4、品牌和产量，用高质量产品占领更多的市场，获取更多的利润。产品质量数据包括油品、化工单体成品、聚合物成品、副产品等。采用在线分析仪数据管理系统，化验室信息管理系统实现产品质量数据的管理。企业的信息数据1-673 储运数据储运数据包括原油、成品油罐存数据，液体化工原料、产品及副产品罐存数据，聚合物成品仓库数据，码头船运装卸数据，汽车槽车装卸数据，火车槽车装卸数据等，直接关系全厂物料平衡、生产计划调度、市场营销等。采用罐区数据采集系统、计量系统、储运自动化系统实现储运数据管理。企业的信息数据1-784 公用工程数据公用工程是石油化工企业生产的基本保证。公用工程数据包括新鲜水、循环水及回水、污水、化学

5、水、电力、蒸汽、燃料油、燃料气、仪表空气、工艺空气、氮气、火炬排放气体等。公用工程数据集成用于生产管理部门进行成本核算，完成能耗计算和累积统计等。企业的信息数据1-895 设备管理数据石油化工企业有塔、储罐、热交换器、冷凝器、反应器、裂解炉、加热炉、开工锅炉、压缩机（离心、往复式）、蒸汽/燃气透平机、现场仪表带现场总线或HART协议、控制阀和开关阀等，它们是保证生产装置正常运行的关键。采用机械设备监视系统、仪表设备管理系统实现设备数据管理。便于科学制定工厂维修计划。企业的信息数据1-9106 经营管理数据经营管理数据包括财务（成本、资金、利润、投资、损益、负债等）、供应链（产品、销售和分销、计

6、划和控制、合同、市场、库存、运输、物料、质量、设备及维修等）。在此数据完整准确的基础上，建立现代企业的信息管理系统，实现现代企业管理规范化和决策科学化，提高企业经济效益和市场竞争能力。企业的信息数据1-10117办公自动化数据办公自动化数据包括电子邮件、技术文件管理控制、电子公告、刷卡考勤、来宾登记、会议日程、待办事宜、讨论园地、共享资源数据、行政文件、管理控制、个人文档资料管理等实现代企业管理，提高办公效率。企业的信息数据1-1112实时数据库完成过程数据自动采集，支持数据共享，对数据进行实时处理。实时数据库能与分散控制系统、安全仪表系统、火灾和气体检测系统、压缩机控制系统、机械监视系统、仪

7、表设备管理系统、罐区计量系统、在线分析仪表管理及数据采集系统、储运自动化系统、化验室信息管理系统等相连，实现各种过程数据自动采集，监控生产过程的实时数据，及时指导生产，优化流程操作，储存生产过程的历史数据，查询和分析事故，生产流程模拟仿真，实现先进过程控制和实时优化，提高产品收率和产品质量等。实时数据库1-1213 关系数据库由一个统一的数据库管理系统（DBMS）来进行管理生产和管理信息系统。Oracle是目前世界上最大的关系数据库供应商。Oracle是多进程的，支持工业标准网络协议，有良好的开放性，能够运行在多硬件平台和多操作系统上。Oracle是一个面向WEB信息管理的数据库并被石油化工行

8、业广泛采用。关系数据库1-1314石油化工企业信息集成管理中既有实时数据库又有关系数据库，也会采用多种产品的数据库，它们之间互相访问是至关重要的，可以采用ODBC（Open Database Connectivity）开放数据库互连，DDE和OPC实现。目前OPC已成为公认标准，它具有高速的数据传输能力，分散且安全的管理策略，高度的灵活性和可靠性。大量有效、准确的数据是石油化工企业最宝贵的资源，利用它可实现动态生产调度，先进控制和实时优化，动态物料平衡，动态能量平衡，工艺流程仿真模拟，经营计划优化管理，产品成本换算和控制，直至企业资源计划等。数据库互连1-1415第一级：常规控制和数据采集系统

9、（DCS，DAS）第二级：先进过程控制（APC）第三级：在线优化（OPT）第四级：工厂信息管理系统（PIMS）第五级：企业资源计划（ERP）自动化系统集成的级别1-1516自动化系统集成方框图 动设备数据采集系统安全仪表系统 过程自动化系统(DCS) 生产管理系统(MES)操作数据管理系统操作人员培训/仿真成套设备控制系统 储运自动化系统(MAS)原料/产品计量系统先进控制(APC)接口实验室信息管理系统(LIMS)设备健康监视系统实时优化(OPT)罐区数据采集系统压缩机控制系统装卸控制安全系统 企业资源计划(ERP)在线分析管理和数据采集系统电力监视能源控制管理管理(ECM)火灾& 气体检测

10、系统成套设备控制系统接口网关PALAT LANDCS LANMAS LAN工艺装置&公用工程 终端/界区外/船舶装卸1级 2级3级4级5级1-16171 分散控制系统(DCS)DCS系统是自动化系统实现生产过程的控制、监视、报警、报表打印及生产管理的核心。DCS系统的操作站、打印机、工程师站及辅助操作台等设在中央控制室；数据采集和过程控制单元等设在现场卫星站。中央控制室与现场卫星站之间用双重冗余的光纤电缆连接。DCS系统采用现场总线技术，现场总线通信模件冗余，与DCS系统连接的现场变送器和阀门定位器带现场总线协议。通过AMS系统可对仪表的组态数据和性能进行维护和管理。自动化系统集成1-1718

11、2 安全仪表系统(SIS)SIS系统独立于DCS系统和其他子系统单独设置，独立完成紧急停车功能。根据IEC 61508和ANSI/ISA 84.1的安全等级要求，SIS系统采用经TUV安全认证的可编程逻辑控制器系统，选用双重化、三重化或四重化结构。SIS系统安装在各个现场卫星站，SIS系统连接的现场仪表采用420mA DC信号带HART协议。中央控制室内的SIS系统与现场卫星站内的SIS系统冗余通信。SIS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-18193 火灾和气体检测系统(FGS)FGS系统完成生产区及储运区内的火灾和可燃气体/有毒气体的检测报警，同时对常规建筑

12、物内的火灾和气体进行检测和报警。在消防控制中心可实现手动/自动消防联动。中央控制室和消防控制中心同时对FGS系统报警进行监控，每个现场卫星站内设有独立的FGS系统。FGS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-19204 罐区数据采集系统(TDAS)TDAS系统监视储罐物料的液位、压力、温度和密度信息，并通过计算将测量物料的液位自动转换为体积值或质量值。TDAS系统在现场卫星站内设有过程接口单元，在中央控制室内设置工程师站和服务器。TDAS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-20215 压缩机控制系统(CCS)CCS系统完成压缩机防喘

13、振调节和联锁保护，在最小流量喘振曲线下维持压缩机最佳的性能和功效。CCS系统的硬件在现场卫星站内设置。CCS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-21226 机械监视系统(MMS)MMS系统完成透平机、压缩机和泵等主要转动设备运行状况的在线监控，并对转动设备的性能进行诊断。MMS系统与DCS系统通信，在DCS操作站或管理站CRT上监视。MMS系统数据处理器设在现场卫星站，服务器和管理站设在中央控制室。各现场卫星站之间及中央控制室的MMS系统通过双重冗余的光纤电缆进行数据通信。自动化系统集成1-22237 分析仪表管理和数据采集系统(AMADAS)AMADAS系统用

14、于在线分析仪表的数据采集、管理和维护。AMADAS系统服务器设在中央控制室，数据采集单元设在现场卫星站或现场分析小屋，通过内部局域网进行连接。AMADAS系统与DCS系统通信，在DCS操作站或管理站CRT上监视。自动化系统集成1-23248 原料和产品计量系统(CTS)CTS系统是进出工厂的原料和产品的独立计量系统，计量的数据是国际和国内贸易结算的依据。CTS系统包括现场的流量计和流量计算机系统，流量计算机系统设在现场卫星站，工程师站设在中央控制室。 CTS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-24259 储运自动化系统(MAS)MAS系统用于物料储存、运输控制和

15、管理，包括码头原料和产品的装卸；火车、汽车装卸站原料和产品的装卸；聚合物产品的包装码垛及仓库信息管理等。MAS系统与DCS系统通信，在DCS操作站CRT上监视。自动化系统集成1-252610 仪表设备管理系统(AMS)AMS系统用于对现场仪表、调节阀进行维护、校验和故障诊断的管理，用于制订仪表维护和测试计划。AMS系统的数据处理服务器设在中央控制室，与DCS系统通信，在管理站CRT上监视。自动化系统集成1-262711 操作数据管理系统(ODS)ODS系统用于工厂生产、操作数据信息的集中管理。ODS系统的服务器设在中央控制室，与DCS系统通信。ODS客户终端通过工厂网络对系统的服务器进行登录使

16、用，在管理站CRT上进行监视。自动化系统集成1-272812 操作员培训仿真系统(OTS)OTS系统培训操作人员，使用DCS系统离线操作生产装置，并对操作人员的技能给予评估。OTS系统使用独立的内部局域网，包括仿真计算机、教学工作站、培训操作站和外围设备等，并与DCS系统通信。教学工作站软件可以建立表格、画面和趋势显示，并能跟随模型的仿真变量进行变化。OTS系统与DCS系统组态相同，仿真模型的流程图和趋势画面与DCS系统相一致，培训操作站与DCS系统操作站相同。自动化系统集成1-282913 化验室信息管理系统(LIMS)LIMS系统用于化验室分析仪表的数据采集及管理，存贮和生成各种分析数据报

17、告。LIMS系统的工作站设在化验室，服务器设在中央控制室，通过LIMS系统网络连接，在管理站CRT上监视。自动化系统集成1-2930现代化乙烯工厂FF现场总线技术的应用31现场总线是一种实用技术，它可用于智能式现场设备和自动化系统的开放式、数字化、多节点的通信技术。- 数字信号取代4-20mA模拟信号；- 可对现场仪表设备进行管理；- 能完成过程的基本控制；- 实现非控制信息监视。现场总线的功能- 现场总线是最低层的现场装置互连的通信网络，集成现场控制和现场通信的功能；- 通信网络节点是智能变送器、智能阀门定位器等，它具有信号变换、补偿、PID控制、各种运算等功能，还有自校验、自诊断、互换性和

18、互操作性。- 具有彻底的分散功能块系统，用现场总线控制系统（Fieldbus Control System - FCS)虚拟控制站取代DCS系统I/O卡控制站；- 现场总线的功能，不应理解为仅为一根电缆，它是一种技术，实现这种技术需要有基本设备支持，包括：智能变送器、智能定位器、服务器或网桥、转换器、现场总线组态器等。现场总线(Fieldbus)2-132现场总结线控制系统(FCS)的优点：- FCS信号传输实现了全数字化，从最底层实现双向通信；- FCS实现了全分散化，DCS控制站功能分散到各个现场仪表；- FCS现场仪表可实现互操作性，互交换性；- FCS实现全开放式网络标准，数据库的资源

19、共享。现场总线的种类：- 基金会现场总线 FF(Foundation Fieldbus)H1- 高速以太网基金会现场总线 FF HSE(Foundation Fieldbus High speed Ethernet)- 过程现场总线 Profibus(Process Field Bus)PA(DP)- HART 现场总线 (High Addressable Remote Transducer)（流程工业采用）- CAN 现场总线 (Controller Area Network)（离散工业采用）- LON WORK 现场总线 (Local Operating Network)（离散工业采用）2

20、-233HI 现场总线：设备级网络，以31.25 Kbps波特率运转；支持过程控制应用。HSE 现场总线：高速以太网络，以100 Mbps波特率运转；支持高性能控制应用，子系统集成，高密度数据生成，并支持数据服务器；HSE作为主干网络。HI，HSE网络均遵循IEC61158，用于测量和控制的数字化数据通信；流程工业控制系统使用的现场总线。功能模块均驻留在HI或HSE网络的现场设备中，需组态配置予以链接- 基本功能模块：PID控制、串级控制、比值控制、超驰控制、偏置/增益等- 先进功能模块：超前/滞后补偿、信号折线处理、计时与积算、数学运算等- 柔性功能模块：监督数据采集、传感器总线接口、协调处

21、理、批处理控制等HI 现场总线：- IEC61158-Type 1- 31.25 Kbps- 双绞线缆 1900M- 光缆 12001600M- 供电或无供电总线- 实体或FISCO模型HSE 现场总线：- 以太网IEEE802.3- 100Mbps- 双绞线缆 100M- 光缆 2000M- 无供电总线2-334互可操作性好，无缝的FCS可以方便集成；更好的数据有效性和完整性，更好的鲁棒性；现场总线诊断、运行统计数，实现预见性维护；信号完整性，精确性提高；降低维护费、扩展和更新费用；系统安全性提高，兼容性增强。现场总线的优势2-435FF现场总线实施原则现场安装的变送器信号和控制信号采用FF

22、 H1通信协议DCS连接的变送器尽可能采用带FF现场总线的变送器，宜由控制系统制造厂提供。控制阀采用带FF现场总线的阀门定位器，宜由控制系统制造厂提供，控制阀厂装配成套。信号类型DCS- FF H1协议数字信号- HART带4-20mA模拟信号- 4-20mA模拟信号SIS- HART带4-20mA模拟信号- 4-20mA模拟信号- 触点（24VDC）信号2-536安全仪表系统（SIS）关联的变送器不采用FF的变送器，通常选用HART带4-20mA的模拟信号。FF变送器提供AI功能块FF变送器应通过ITK4.01互操作性测试FF变送器应提供自诊断和LAS功能FF阀门定位器采用FF H1通信协议

23、，经FF注册和认证FF阀门定位器能提供PID、AO、DI功能块FF阀门定位器应提供自诊断功能FF阀门定位器应通过ITK4.01互操作性测试FF阀门定位器用于分程或复杂控制时，由DCS完成PID功能FF变送器、 FF阀门定位器、DCS等应通过互操作性测试，相互兼容。2-637现场总线实施应遵循IEC61158标准规范的规定。Segment电源调整器供电电压28VDC，电源对地隔离。现场总线仪表电缆对地隔离。Segment电源及电源调整器冗余配置，安装在控制器柜内，有故障报警信号显示。全部FF电缆均采用钢丝铠装电缆，仪表和接线箱的入口采用防爆电缆密封接头。每Segment现场采用“Chicken

24、Foot”鸡爪型拓扑结构配线方式。每Segment应接二个终端器，一个安装在电源调整器，一个安装在FF接线箱。所有FF现场总线电缆屏蔽应连接到端子柜接地。2-738FF接线箱到现场FF仪表应有独立的短路保护器（过压、过流），安装在接线箱内。保护器的短路电流小于30mA。所有FF仪表应通过ITK4.01互操作性测试，并取得现场总线基金会认证。所有FF仪表应提供备用LAS功能，每个Segment在现场最少有一个备用LAS功能。所有FF仪表应无极性。选用浪涌保护器时应确保Segment H1信号没用衰减。单回路控制的变送器和控制阀宜分配在同一个Segment中。在Zone 0场合，应采用FISCO模

25、式，在IIC环境中电流115mA，在IIB环境中电流240mA。单回路控制的PID控制功能块可由FF定位器执行，也可由DCS执行。复杂回路控制、分程控制等PID控制功能块由DCS执行。2-839Segment负载非FISCO12台仪表（Max）（实际4-8台仪表）FISCO6台仪表（Max）（实际3-4台仪表）Segment负载中控制阀一般为1-2台Segment功能块处理时间为0.25秒的仪表不应超过3个Segment的非周期时间应不小于1个周期时间的50%一级控制阀：当控制阀故障时，会造成整个装置的故障、停车或严重经济损失。 Segment中只能连接与控制阀关联的变送器（1台变送器、1台控

26、制阀）二级控制阀：当控制阀故障时，操作人员及时采取措施，可防止装置停车。 Segment中不能连接其它1级或2级控制阀（2-3台变送器、1台控制阀）三级控制阀：当控制阀故障时，不会造成短时间内装置发生危险或停车，不需要操作人员进行操作。 Segment中不能连接1级控制阀，可连接2个三级控制阀。最多可连接1个二级和1个三级控制阀。2-940对于精馏塔，塔底再沸器加热管线上的仪表与塔顶冷却器散热管线上的仪表应分配在不同的Segment内。对于多点温度、多点压力测量的设备（如反应器），应将仪表分配在不同的Segment中。主LAS应在H1控制器中， Segment中后援LAS应在一个现场仪表中。H

27、1卡应是冗余配置，每个H1卡在控制器机柜中连接。备用工艺设备测量仪表应分配在不同的Segment中。FF现场仪表与FF接线箱的支线长度尽可能短。所有与DCS连接的FF仪表在DCS制造厂进行互操作性测试。在DCS制造厂进行FAT时，每个Segment进行至少一台仪表FAT测试。最多负载Segment进行FF主电缆及分支电缆长度，全部FF仪表按12台仪表测试。后援LAS功能应在DCS的FAT时进行测试。2-1041现场总线电缆总长度为主电缆与分支电缆长度之和，通常小于1200米。分支电缆长度小于120米。现场总线电缆选用18#AWG 0.8m2 7股铜芯绞合，聚乙烯绝缘，聚氯乙烯护套，铝聚酯膜屏蔽

28、，钢丝铠装电缆。2-1142FF现场总线系统设计要求FF应用范围- 采用H1 FF/ DCS实现过程控制和监视PID控制位置-简单回路控制（1 AI/1 AO）由FF Positioner执行-串级控制、超迟控制、比率控制、分程控制等执行周期-执行周期1秒冗余-H1接口卡冗余-LAS冗余（1个在H1卡，1个在现场仪表）电源-电源调整器冗余-本安隔离栅冗余终端器-1个在电源调整器-1个在Magablock接线箱2-1243FF Segment设计 FF Segment设计研究 装置危险区域划分 冗余 FF Segment负载 备用原则 配线拓扑结构 现场总线电缆规格 现场总线电缆长度 电力消耗

29、最小操作电压 Segment执行时间（循环时间,调度） 控制分配 控制阀故障状态 控制回路风险估计 Segment组态2-1344FF现场总线仪表与常规仪表的主要区别FF总线仪表 双向数字通信，FF现场总线接口（FFI） H1（R） 可带PID控制功能块 可传输多路信息供AMS采用 FF变送器及FF阀门定位器价格昂贵 H1网络两端必须分别加一终端电阻器 Segment 电缆总长度有限制，根据FF现场总线仪表数进行计算 FF总线电缆必须采用18# AWG （0.8mm2） FF总线电缆传输导体双绞线不允许接地，否则总线仪表失去通信功能 FF总线电缆的对屏、总屏必须在机柜侧接地常规仪表 4-20m

30、A DC模拟信号，单向； 4-20mA DC AI（R）/AO（R） PID控制在DCS控制器 不能传输多路信息 常规变送器和E/P定位器价格便宜 点对点连接电缆2-1445FF现场总线仪表与常规仪表的主要区别FF总线仪表 FF现场总线仪表有极性和无极性两种 FF现场总线仪表最小工作电压9VDC FISCO H1 Segment只允许连接一台有源设备，其余必须是无源设备2-1546乙烯装置仪表及控制系统47900,000吨/年乙烯装置概况工艺采用ABB-LUMMUS专利技术。乙烯装置包括：裂解炉区（8台SL-II型炉，1台SL-I型炉）急冷区裂解气压缩机冷分离区热分离区乙烯机、丙烯机C4选择加

31、氢单元（SHU）烯烃转换单元（OCU）汽油加氢单元（GTU）公用工程及辅助设施3-148900,000吨/年乙烯装置概况乙烯装置生产能力主要工艺设备3-249DCS实施控制系统裂解炉管HC/DS比值控制裂解炉管流量平衡控制汽包三冲量控制带温度、压力补偿流量控制三取中控制防喘振控制超驰控制串级控制泵自启动控制分程控制* FCS在现场阀门定位器实施单回路控制 3-350集成控制系统分散控制系统（DCS）/现场总线控制系统（FCS）-Distribution Control System / Fieldbus Control System安全仪表系统（SIS）-Safety Instrumented

32、 System火灾和气体检测系统（FGS）- Fire & Gas Detection System压缩机控制系统（CCS）-Compressor Control System机械监视系统（MMS）-Machine Monitoring System分析仪表管理和数据采集系统（AMADAS）-Analyzer Management and Data Acquisition System仪表设备管理系统（AMS）-Asset Management System操作数据管理系统（ODMS）-Operation Data Management System操作培训仿真（OTS）-Operator T

33、raining Simulation先进过程控制（APC）-Advanced Process Control在线实时优化（OPT）-On-Line Real Time Optimization 3-351DCS,SIS I/O 清单3-452DCS通信I/O清单3-553DCS与安全仪表系统（SIS）通信接口（冗余）DCS与过程计算机系统（PCS）通信接口（冗余） DCS与上位计算机系统（HCS）通信接口DCS与在线分析器管理及数据采集系统（AMADAS）通信接口（冗余） DCS与火灾和气体检测系统（FGS）通信接口（冗余） DCS与压缩机系统（CCC）通信接口（冗余） DCS与马达控制中心（

34、MCC）通信接口（冗余） DCS与其他系统通信3-654现场总线系统示意图PID INOUT BKCAL_INFIELDVUEAOBKCAL_OUT CAS_INAIOUT Delta VValveTransmitter3-755SIS系统设计原则SIS系统按安全度等级（SIL3）进行设计SIS系统应设计成故障容错 / 故障安全操作按SIL3级要求选用经TUV认证的PLC系统PLC的控制器组态负荷应小于50%总负荷能力对高塔压力切断再沸器热源的安全仪表系统，应按SIL3级设计重要安全检测仪表设置三台变送器，由SIS系统供电，直接输入SIS的冗余AI卡安全联锁控制阀设两台电磁阀串联使用。选用低功

35、率电磁阀。安全联锁用控制阀、开关阀应选TSO，泄漏等级为V级或VI级SIS应选用1002D,2003D,2004D经TUV认证的AK5/AK6级PLC系统SIS系统及关联输入 / 输出卡件，均应经TUV认证3-856现场仪表选型要点通用测量和控制用电信号应根据IEC60381,60382选用；电气防爆等级最低NEMA4X，防护等级最低IP55；差压流量仪表带5阀组，压力仪表带2阀组；DCS/SIS同时用一个工艺测量值，应采用独立取压，独立变送器，分别送DCS、SIS；若采用2oo3冗余方式，对于同时需要在DCS上控制的信号，现场仪表由SIS供电，信号通过分配器硬线连接至SIS和DCS。与DCS

36、连接的现场变送器，原则上采用带FF现场总线；与SIS连接的现场变送器，采用420mA DC带HART协议；3-957现场仪表选型要点温度仪表单支、双支温度元件安装采用40mm（1 1/2”）ANSI 300#(Min)法兰；正常操作温度在3070满刻度量程；热电阻的温度范围为185500（冷箱采用热电偶）热电偶一般选用接地型，测量平均温度或温差以及现场总线多点输入变送器应选用非接地型热电偶。T热电偶185350（ 185500）K热电偶5001000（ 01250）S热电偶10001480（ 01480）热电偶、热电阻应带烧脱保护装置3-1058现场仪表选型要点流量仪表优先选用涡街流量计300

37、mm(12”)选用插入式节流装置14”径距取压流量喷嘴/ 文丘里管用于低压损测量场合质量流量计用于商务核算测量、物料平衡、工艺性能保证、进出界区的物料计量。3-1159现场仪表选型要点流量仪表电磁流量计用于导电流体的测量，防护等级IP68热质量流量计用于小流量气体，大流量变化大的气体的测量转子流量计用于吹扫、取样和密封系统流量变送器量程正常流量应在6080满量程刻度流量仪表材料一般选用316SS3-1260现场仪表选型要点压力仪表压力仪表材料一般选用316SS压力表量程：正常操作压力时为3070满量程刻度压力变送器量程：正常操作压力时为6080满量程刻度液位仪表差压式液位变送器外浮筒液位变送器

38、H2000mm(80”)雷达液位计用于大储罐液位测量磁性液位计（高压蒸汽不适用）3-1361现场仪表选型要点调节阀紧急切断阀泄漏等级选用ANSI V或 VI级调节阀泄漏等级通常选用ANSI IV级DCS调节阀选用带FF定位器（带PID调节功能块）压缩机防喘振调节阀应选用高速阀门定位器调节阀噪音85dbA3-1462现场仪表选型要点仪表防爆防爆区域防爆选择“0”区EEx ia“1”区EEx dEEx ibEEx p“2”区EEx dEEx ibEEx p3-1563现场分析仪表工业色谱分析仪 32套 （分别集成在5个分析小屋）环保分析仪 6套红外分析仪 1套氧分析仪 13套PH计 16套电导仪

39、12套水分析仪 4套TOC分析仪 2套粘度计 1套热值分析仪 1套3-1664现场流量仪表节流装置 268台阿牛巴元件 9台文丘里管元件 56台转子流量计 82台涡街流量计（FF） 98台电磁流量计（FF） 2台质量流量计（FF） 19台内藏孔板差压流量变送器（FF） 3台楔型流量计 14台3-1765现场液位仪表磁性液位计 172套 浮筒液位变送器 23套雷达液位计 12套射频液位计 3套特殊液位温度补偿器（汽包用） 18套液位开关（汽包用） 18套3-1866现场压力、温度仪表压力（差压）表 1609台压力开关 14台双金属温度计 259台温度元件（T/C）带套管 506台温度元件（RTD

40、）带套管 589台3-1967现场变送器差压流量变送器（FF） 296台差压流量变送器（HART） 107台压力变送器（FF） 333台压力变送器（HART） 345台差压变送器（FF） 71台差压液位变送器（FF） 122台差压液位变送器（HART） 63台温度变送器（FF） 426台温度变送器（HART） 469台温度变送器 8点（FF） 89台3-2068现场调节阀常规调节阀 540套 角型调节阀 13套蝶型调节阀 38套球型调节阀 241套蝶型开关阀 80套防喘振控制阀 9套自力式调节阀 32套电动马达阀 81套3-2169现场仪表主要工程量现场总线电缆145 公里非现场总线电缆496

41、 公里现场总线接线箱628 套普通接线箱663 套仪表电缆槽板46 公里Tube管85 公里Pipe管15 公里分析仪表采样管线 10 公里气源分配器210 套3-2270乙烯装置单元控制方案简介71裂解气压缩机的自动控制系统a) 裂解气压缩机通常采用四段或五段离心式压缩机，用一台抽汽凝汽式气轮机驱动将来自急冷工段的裂解气（40，0.14MPa）经四段或五段压缩机压缩到3.70MPa送到分离工段。 对裂解气压缩可提高浑冷分离的操作温度，节省冷能量和低温材料；加压后促使裂解气中的水与重质烃冷凝，并可除去相当量的水份和重质烃，减少干燥脱水和精馏分离的负担。加压太大增加动力消耗，加大设备材质强度要求

42、，降低烃类的相对挥发度，增加精馏分离难度。从技术经济合理可靠性角度，通常入口压力为0.14MPa，出口压力为3.7MPa。 压缩比及出口温度控制能抑制压缩机内产生聚合物，以轻柴油或石脑油为原料的裂解气进口温度为40，出口温度95；以轻质烃为原料的裂解气，进口温度为40，出口温度110。4-172 b) 控制功能 * 透平温度控制 * 抽出蒸汽压力控制 * 性能（负荷）控制 * 防喘振控制 * 密封气（油）差压控制 * 润滑油温度控制c) 顺序和逻辑功能 * 开车及联锁控制 * 报警逻辑 * 紧急停车逻辑 * 油泵马达开/停联锁 * 透平马达开/停联锁 * 电加热器开/停联锁4-273 d) 人

43、机操作界面 * 透平开车及控制界面 * 防喘振控制界面 * 监视画面（防喘振、蒸汽、润滑油、密封油（气） * 报警及停车信号器画面 * 趋势画面e) 本特利（Bently）振动监视器 * 轴振动监视器 * 轴位移监视器 * 轴温度监视器f) 转矩监视器4-374 g) 集成气轮机/压缩机控制（ITCC）功能 * 性能（负荷）控制（Performance Control） * 防喘振控制（Anti-Surge Control） * 透平速度控制（Turbine Speed Control） * 抽出蒸汽压力控制（Extraction Steam Pressure Control） * 根据透平控

44、制极限操作（Limit Operation on Turbine Control Map） * 相互干扰最小（Minimizing Interaction） * 密封气差压控制（Seal Gas D/P Control） * 润滑油温度控制（L.O Temperature Control）4-475 h) 压缩机紧急停车（Shut Down） * 透平机轴位移 （HH）2oo3（in SIS） * 压缩机轴位移（LP）（HH）2oo3（in SIS） * 压缩机轴位移（MP）（HH）2oo3（in SIS） * 压缩机轴位移（HP）（HH）2oo3（in SIS） * 超速跳闸模块（ww pr

45、otech）2oo3 * Governor超速跳闸2oo3 * Governor速度扰动故障2oo3 * L.O压力（LL）2oo3 * 一次放空流量（HH）（LP）2oo3 * 一次放空流量（HH）（MP）2oo3 * 一次放空流量（HH）（HP）2oo3 * 紧急停车按钮动作（LCP） * 紧急停车按钮动作（RCP） * 压缩机吸入口压力（HH）2oo3（in SIS） * 压缩机吸入罐液位（HH）2oo3（in SIS） * 压缩机出口温度 （HH）2oo3（in SIS） * 从SIS来紧急停车信号 2oo3（in SIS）4-576裂解气压缩机透平机仪表系统框图4-677* 现场仪表

46、信号BENTLY轴振动、轴位移检测元件轴承温度（RTD）压力变送器温度变送器差压流量变送器电/液执行器防喘振控制阀紧急停车及联锁用电磁阀润滑油罐液位变送器气密封单元用压力、压差及差压流量变送器，控制阀* 油操作站温度、压力、压差及液位变送器，控制阀热备油泵马达启动/停止按钮电加热器通/断按钮热备油泵运行，电加热器运行状态指示4-778* 现场控制盘（LCP）公用报警，公用跳闸报警灯状态指示灯信号指示灯按钮（紧急停车、速度升/降、超速试验（三位置切换开关）、启动/停止、 复位、灯试验、L/R位置切换开关）透平马达运行灯透平马达启动灯透平马达停止灯* ITCC（ww.MICRONET TMR）电子

47、调速器（GOVERNOR）LO温度控制防喘振控制紧急停车及联锁密封气差压控制性能（负荷）控制轴振动、轴位移、轴温度监视MODBUS通信（单）（HMI-PC）ETHERNET通信（冗余）（DCS）4-879* 紧急停车继电器* 超速停车模块（ww protech 2oo3）* 转矩监视器* 轴振动、轴位移、轴温监视器（BENTLY）（PC机） ETHERNET通信（单）SYSTEM1数据库（PC）（CCR） ETHERNET通信（单）DCS* MCC热备油泵马达及电加热器运行状态（去ITCC）热备油泵马达及电加热器联锁（自ITCC）透平马达运行（去LCP）透平马达启动/停止（自LCP）热备油泵马

48、达及电加热器运行状态（去油操作站）热备油泵马达及电加热器启动/停止（自油操作站）电加热器通/断（自油操作站）PROFIBUS通信（冗余）（DCS）4-980* SIS过程I/O信号ITCC停车（自ITCC）外部过程停车（去SOV）外部过程停车（去ITCC）SIS允许启动（去ITCC）启动/停止（去MCC）马达运行状态（自MCC）ETHERNET通信（冗余）（DCS）* DCS过程I/O信号BENTLY ETHERNET通信（单）（BENTLY 3500）ITCC ETHERNET通信（冗余）（ITCC）SIS ETHERNET通信（冗余）（SIS）MCC PROFIBUS通信（冗余）（MCC）

49、DCS OPS FIBER OPTIC LINK（冗余）（CCR-OPS）4-1081裂解炉的自动控制系统1 裂解炉的工艺简介 世界上的裂解炉技术有鲁姆斯（Lummus）、斯韦（S&W）、国际动力学技术公司（KTI）、凯洛格布朗鲁特（KBL）、林德（LINDE）等。以KTI-GK5型6万吨/年裂解炉工艺为例进行说明。 原料（石脑油）、轻柴油、加H2尾油在对流段预热，在辐射段裂解。裂解炉有4组炉管共32根炉管。 原料分4股在各自流量控制下进原料预热器加热，稀释蒸汽分4股在各自流量控制下进稀释蒸汽过热器过热。 在混合器中，按一定比例HC/DS进行混合，然后进混合过热器进一步过热到工艺要求的温度，经

50、文丘里管流量分配器使油汽混合物均匀分配到裂解炉管中进行裂解反应。裂解气经急冷器冷却后去下游装置急冷、压缩、分离后获得高质量的乙烯、丙烯等产品。4-11822 KTI-GK5裂解炉的自动控制系统 1)炉膛负压控制炉膛负压是一个重要的控制变量。 如果炉膛负压过高，火焰或燃烧物可能从看火孔、管线穿过炉墙喷出，危及设备和人身安全；如果炉膛负压过低，漏风严重，降低了温度且氧含量不足，导致热效率降低。对炉膛负压进行控制，可提供稳定的正常燃烧需要的燃烧空气量。为了避免仪表故障以及炉膛负压的波动的影响，采用三个取源点及三个微差压变送器进行测量，三取中间值用于调节引风机转速来控制炉膛负压。2)高压蒸汽温度控制高

51、压蒸汽温度通常控制在520。高压蒸汽总管设计温度为540，设超高温度联锁保护，经30秒延迟后裂解炉部分联锁停车，经2分钟延迟后裂解炉全部联锁停车。为避免高压蒸汽温度超高，采用高压蒸汽减温器调节注入的水流量，使高压蒸汽温度得到稳定控制。3)急冷器出口温度控制急冷器出口温度决定了汽油分馏塔的塔釜温度。 急冷器出口裂解气温度 比汽油分馏塔釜的液体温度高大约10。若控制汽油分馏塔的塔釜温度为200，因此急冷器出口温度应控制在210。通过调节注入急冷器的急冷油流量，来控制急冷器出口裂解气温度。4-12834)汽包液位三冲量控制为了维持汽包液位和减少因压力快速变化引起的汽包液位降低和增高，设置汽包液位三冲

52、量控制系统。该控制是通过控制产出蒸汽流量等于锅炉给水流量，并用汽包液位信号修正来实现的。汽包液位调节器是汽包液位三冲量控制的主调节器， 实际汽包液位与控制的汽包液位比，作为修正模块补偿信号，该模块接收蒸汽流量及锅炉给水流量并计算，计算结果作为锅炉给水流量调节器的设定值。蒸汽流量带温度补偿，避免由于温度变化带来的误差。汽包液位的检测采用三个变送器，中间值用于控制。5)超高压蒸汽压力控制为了超高压蒸汽开车及超高蒸汽系统的保护， 设超高压蒸汽压力控制系统。在开车其间，超高压蒸汽去消音器，压力调节器处于手动状态，手动控制压力调节阀，进行高压系统的升压。当汽包压力达到12.0MPA时，手动切到自动，设定

53、值为12.3MPA，该压力调节阀起着第一道超压保护作用。4-13846)进料和稀释蒸汽比值控制及总进料量控制为了降低裂解烃分压，加入稀释蒸汽,同时稀释蒸汽能够同炉管沉积的碳反应生成一氧化碳除去炉管上的碳。石脑油为原料时，稀释蒸汽比为0.5; HAGO和HVGO为原料时,稀释蒸汽比为0.7; 乙烷为原料时，稀释蒸汽比为1.0。基于同样的理由，裂解炉出口压力要保持尽可能低。因此设进料和稀释蒸汽比值控制。为保证平稳操作，裂解炉的负荷即烃总进料和稀释蒸汽流量应保持恒定。 尽量保持各组炉管烃和稀释蒸汽流量以及辐射段炉管的进出口温度相同。 流量和温度分布的差别会造成过裂解，导致炉管内结焦速度增加。 因此必

54、须控制各组炉管的稀释蒸汽比，改善炉管的温度分布。液体炉的原料为HAGO，HVGO，NAP三种进料，通过控制进料阀，确定裂解原料，在DCS中设有原料选择开关。4-1485进料量和稀释蒸汽比控制用超前/滞后比值控制维持烃流量与稀释蒸汽流量比恒定。超前/滞后算法保证在增加烃进料时先增加稀释蒸汽量，减少烃进料时，先减少烃进料，后减少稀释蒸汽量。保证了烃进料量发生变化时，实际稀释蒸汽比总是高于给定的稀释蒸汽比。流量测量用密度补偿(气体流量测量带压力和温度补偿)，该密度信号来自进料总管上的质量流量计，送至各组进料流量调节器。稀释蒸气流量经温压补偿后送至各组稀释流量调节器。总烃进料调节器及总稀释蒸汽比的设定

55、值由操作工设定，设有速率变化限制器。总烃进料调节器设定值调整按实际能力的1%/分钟的速率变化进行; 总的稀释比调节器设定值调整按实际按量程的5%/分钟的速率变化进行。 总烃流量调节器及总稀释蒸汽比调节器的输出平均分配到4组烃及稀释流量调节器，修正每组的流量调节器的设定值。每组稀释蒸汽还设有最小稀释蒸汽保护及过剩偏差控制，最小稀释蒸汽量开车前由工艺工程师设定。 操作工通过调节各组的稀释蒸汽比偏差因子来调整过剩稀释蒸汽量。4-15867)组炉管出口温度平衡控制维持各组炉管温度相等使各组炉管内结焦均匀，延长裂解炉运行周期。 当总进料量变化时，各组温度自动跟踪同样的平均温度，不会出现扰动。组炉管出口温

56、度平衡控制与进料量和稀释蒸汽比值控制通过调整各组炉管的蒸汽和烃流量，维持各组炉管辐射段出口温度基本相同。每组炉管出口设有温度调节器，其设定值是4组炉管出口温度平均值。 该设定值与每组炉管出口温度比较并送出一补偿信号修正相应组的蒸汽和进料流量，如果一组炉管的流量改变，其它组流量相应改变以保持总进料量不变。温度调节器能够调节各组炉管的流量变化限制在10%。8)燃烧控制乙烯的转化率随温度升高而增加，乙烯收率相应增加。 乙烯收率随温度升高而增加有一定范围。高温下，轻烯烃反应生成甲烷、双烯烃及重有机物的二次反应增加，降低了乙烯收率，产生过度裂解; 二次反应又导致了焦油和焦碳的生成，裂解炉出口温度必须严格

57、控制。裂解炉出口温度调节器的测量值是4组炉管裂解气出口温度的平均值， 该值与操作工设定的温度或来自裂解深度控制计算的温度值进行比较，该调节器的输出作为调节燃料气(油)流量调节器的设定值来调整燃烧量。裂解炉燃烧控制设有侧壁燃烧百分比控制， 能够调整底部烧嘴和侧壁烧嘴燃烧量的相对比例。4-1687在正常的操作条件下，裂解炉出口温度调节器进行燃烧控制，通常底部烧嘴热负荷为裂解炉所需热负荷的70%，侧壁烧嘴热负荷为裂解炉所需热负荷的30%。裂解炉出口温度调节器输出值和侧壁燃烧百分比调节器的输出值进行计算， 计算结果为底部烧嘴燃料流量调节器和侧壁烧嘴燃料流量调节器设定值。在底部和侧壁燃料系统中，除了流量

58、控制外又设置了压力调节系统。在低负荷和开车时，使用压力调节器; 在正常操作时，当压力在正常约束范围内，燃烧控制将自动选择流量控制，当压力在正常约束范围外，低于某一值或高于某一值时，燃烧控制将自动选择压力控制，将燃料气压力调整到正常范围，然后自动回到流量控制。若燃料气压力继续降低或升高到联锁值时，裂解炉将部分或全部停车。为防止仪表故障影响燃烧控制， 底部燃料压力采用三个采样点及三个压力变送器，取中间值用于控制。在燃料系统中，设置了大小两个调节阀分程控制。通过底部大阀和小阀燃料流量的总和为底部燃料系统所需的燃料量。大小阀的动作是这样的，小阀正常开度为50%，其余的燃料量由大阀提供，小阀的动作时间为

59、大阀的5到10倍; 当燃料系统发生变化时，小阀迅速动作达到所需的燃料量，然后大阀开始动作，并在相同的时间内，小阀稳定到50%，由大阀提供其余的燃料量。4-17889)裂解深度控制裂解深度控制是基于在线分析仪表的分析数据，调节裂解炉出口温度以保持裂解气所要求的组分。裂解性能有两种定义方法，对于液体原料裂解深深度定义为：裂解产物裂解气中的丙烯与裂解气中的乙烯比。对于气体原料使用转化率，转化率定义为：气体进料的转化部分与气体进料部分的比，影响裂解深度的主要因素为进料类型及组份，蒸气与进料比、裂解炉出口温度等。深度控制系统中可调变量为炉出口温度，其它均为操作工设置。操作工通过进料选择开关选择一种进料，

60、在进料量和稀释蒸汽超前-滞后比值控制中通过手操器设定流量及稀释蒸气比， 通过手操器设定所需的裂解深度或转换率。对于液体进料来说，有三种类型，分别对应三种不同的操作参数。裂解深度控制的实施，当裂解炉出口温度调节器在串级时，深度控制才起作用。 每次用分析的数据计算的实际裂解深度与设定的裂解深度相比较，每次比较产生一个偏差，偏差信号限制在一定范围内。通过偏差信号调整裂解炉出口温度的设定值，直到实际的深度等于所要求的深度。裂解深度控制是在进料量及释释蒸汽恒定的前提下，由DCS完成的。如进料量或稀释蒸汽比变化，则需要建立动态目标模型，以适应原料组份、流量、稀释比变化，这些复杂的计算需由上位机实现。4-1