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1、第十章 自动控制10.1 设计标准、规范本设计采用的标准、规范：过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号 HG/T 20505-2000自动化仪表选型设计规定 HG/T 20507-2000控制室设计规定 HG/T 20508-2000仪表供电设计规定 HG/T 20509-2000仪表供气设计规定 HG/T 20510-2000信号报警、联锁系统设计规定 HG/T 20511-2000分散型控制系统工程设计规定 HG/T 20573-95石油化工安全仪表系统设计规范 SH/T 3018-2003爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB 50058-92流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管 测
2、量充满圆管的流体流量 GB/T 2624-9310.2 计量单位按1984年颁布的中华人民共和国法定计量单位执行。10.3 设计范围本设计包括焦炉气气柜、原料气粗脱硫和精脱硫、纯氧转化、转化气余热回收、甲醇合成、甲醇精馏、焦炉气压缩、合成气压缩、空分装置、公用系统及其配套的辅助工段：中间罐区、成品罐区、火车和汽车装卸站台、火炬、锅炉等单元所含的过程检测、控制系统的设计及其相应的控制室设计。焦炉气压缩、合成气压缩机组的控制系统和现场仪表均随设备成套提供，所提供控制系统与DCS控制系统之间监视信号采用通讯方式传送数据；空分装置（含空分装置内压缩机）的控制系统、现场仪表和相关仪表安装材料均随设备成套
3、供应；火炬的控制系统、现场仪表和相关仪表安装材料均随设备成套供应。风机（鼓风机、引风机）、锅炉给水泵等设备现场仪表和现场操作盘随设备成套提供。10.4生产装置对仪表和控制系统的要求本甲醇生产装置工艺方案采用纯氧转化，低压合成和三塔+回收塔精馏的技术，主要的工艺流程为：焦炉气脱硫、焦炉气压缩、焦炉气纯氧转化、转化气余热回收、合成气压缩、甲醇合成、甲醇精馏等。根据工艺生产的要求，自控系统要能保证纯氧转化炉、焦炉气压缩、合成气压缩系统和合成反应器的安全操作、运行，对纯氧转化炉、压缩系统和反应器的操作各有侧重。由于装置内介质多为易燃、易爆，部分为高温、高压，要求确保控制系统和现场仪表运行可靠。10.5
4、 装置自动化水平为满足工艺要求，本装置共设置约111套的控制回路 （其中温度控制回路约15套、压力控制回路约21套、流量控制回路约39套、液位控制回路约30套、手动遥控回路约6套）、约500个监视点。约5套放空系统、约6套安全联锁保护系统、约35套联锁回路。为此，根据装置检测点和控制回路数量、全厂自动化水平要求和社会发展的情况，甲醇生产装置过程控制系统设置情况为：采用1套分散型控制系统（DCS）对主装置及中间罐区、成品罐区实施过程检测、数据处理、过程控制、能量平衡核算、计量管理、用电设备状态显示等，以提高全厂自动化水平、减轻劳动强度，降低生产成本。装车系统的定值计量采用定值计量仪进行过程检测、
5、过程控制。采用1套安全联锁系统（SIS）对装置中的纯氧转化炉、合成反应器等设备和生产过程进行安全联锁保护，确保装置安全、稳定、长期高效运行。保证有关生产人员的安全。焦炉气压缩机、合成气压缩机、空分装置和火炬系统的控制系统均随设备成套提供，随设备成套提供的控制系统与中央控制系统DCS之间主要信号进行数据通讯，部分关键信号采用硬接线连接。10.6 控制室设置整个甲醇生产装置设置一个集中的中央控制室，该控制室位于综合楼的底层。中央控制室的面积约为20.015.0m。空分装置等随设备带来的控制系统也放置在本控制室内。控制室相关要求如下：因本装置防爆等级为2区，所有控制室均在防爆区域外，控制室临近装置侧
6、采用钢筋混凝土防爆墙，以防装置区发生爆炸危及控制室。另外，控制室内地坪应高于室外地坪600 mm以上，设外开式非燃烧型门。装置操作人员通过操作站可方便地对各相应生产单元进行监视和操作。控制室包括操作室、机柜室，其中在中央控制室侧边设工程师室、UPS室、仪表值班室和工艺值班室等。控制室上部均采用吊顶，操作室地面铺防滑地板砖，机柜室地坪为水磨石，并在其上敷设抗静电活动地板，以便控制系统的安全操作和电缆敷设；墙壁涂阻燃型涂料，室内净高为3.3米。控制室内设置火灾报警器，在电缆入口处设一台可燃气体检测报警器。为保障控制设备安全运行、改善操作条件，中央控制室内设有空调，以保持一定的温度和湿度及操作人员舒
7、适。控制室以人工照明为主，照度按DCS控制室的要求；控制室设置事故照明，以供紧急处理用。 10.7 信号及联锁 本着安全可靠、保证生产和正常操作的原则，对有关温度、压力、压差、液位、流量等参数均设置了信号报警及联锁系统。联锁接点采用直接型（如物位开关等）或间接型（变送器作用的开关）。联锁系统为故障安全型（正常时接点闭合，联锁时接点断开）。所有联锁均设报警显示；对关键安全联锁，在工艺参数恢复正常时，设手动联锁复位按钮。鉴于甲醇生产装置中转化炉、压缩机组和高压反应器等设备之间的相互关联程度和工艺生产要求，安全联锁功能在安全联锁系统（SIS）中实现；一般联锁功能在DCS系统系统中实现。一般信号报警在
8、DCS系统中作报警显示、声响告之及打印输出；对安全联锁系统的信号报警另设置硬报警，外接闪光报警器，以引起操作工的警觉。闪光报警器置于辅助操作台上，各类报警均可进行实时打印。10.8 主要仪表选型本本装置内介质多为易燃、易爆，部分为高温、高压，工艺主装置防爆区域为2区。根椐相关规范要求，装置内仪表防爆拟采用不低于ibCT4级本安防爆系统，采用隔离型安全栅。对电磁阀，选用隔爆型，直动式进口产品。仪表选型本着技术先进、安全可靠、维修方便和经济合理的原则进行。 现场仪表原则上均带就地显示表头，以便观察和调试；现场仪表的防护等级不低于IP55。主要仪表选型如下所述10.8.1 控制系统10.8.1.1
9、DCS控制系统该系统共设6台操作站，分别操作焦炉气粗脱硫和精脱硫，焦炉气纯氧转化、转化气余热回收、合成气压缩、甲醇合成、甲醇精馏、罐区等工段。6台操作站并行工作，当某个操作站故障时，可由另一个操作站操作。操作站配19液晶显示器，带鼠标和操作员键盘。为便于系统维护和系统管理，本系统设置一台工程师站，工程师站布置在工程师室。系统配2台黑白喷墨打印机（作报警记录打印)、1台激光打印机(作报表打印)。通讯系统、电源系统和控制器均为1：1冗余；控制回路和联锁回路（包括其I/O卡）采用1：1冗余。所选DCS系统满足以下功能：(1)信号处理能力. 能处理下列类型的信号：420mA二线制；420mA有源；热电
10、偶（IEC标准）；热电阻（IEC标准）； mV或电压信号；脉冲信号；开关信号(干触点)。. 变送器由隔离栅供电，其他仪表供电由系统提供。. 允许在输入/输出卡的现场侧前加安全栅。(2)过程控制功能. 控制器发生故障时，输出应能保持。. 除具备基本反馈控制功能外，同时还具备顺控、串级、比值等功能。(3)操作功能可通过键盘或鼠标实现生产过程操作，并能方便地调用各种信息和数据。(4)显示功能具有总貌显示、分组显示、点显示、历史趋势显示、报警点摘要显示、动态流程图显示等。动态流程图和用户报表还可以用汉字显示。(5)报警功能过程报警信号除画面显示(变色、闪烁)及操作员键盘上灯光闪烁外，重要的报警信号送往
11、辅助操作台的声-光报警系统进行报警。各类报警均可进行实时打印。(6)制表打印功能根据用户要求，按确定的格式、内容、打印周期进行定时打印，也可随时打印各类报表(原料、成品、消耗、统计、班报、日报、月报等)。(7)信息管理功能重要的信息组态后均能自动存入存贮单元中，并可通过键盘方便地调出。(8)自诊断功能具有自诊断功能，可在操作站/工程师站CRT上显示自诊断状态和结果。(9)DCS 初步I/O点清单如下：DCS 输入/输出信号清单 功能类型控 制监 视联 锁备 注输入信号420 mA18025025经过隔离安全栅420 mA18有源信号T/C60K 分度等RTD2108Pt100接 点20状态、来
12、自SIS接 点145状态、来自电气接 点15状态、无源接 点10瞬时、无源总计180713待添加的隐藏文字内容148功能类型自动控制手动控制联 锁备 注输出信号420 mA14024接 点2824VDC、无源接 点2535220VAC、无源接 点20去硬报警、不冗余总 计1404963注：1.以上数据均为初步实际使用点数。 2.控制和联锁用I/O卡应1:1冗余。 3.所有DI接点均应是无源触点，来自电气的所有DI采用中间继电器隔离，所有DO点均采用中间继电器隔离，容量至少为220VAC，2A。10.8.1.2 SIS系统该系统设1台工程师站兼SOE站、1台SIS操作站和2台报警灯屏（用于安装报
13、警器和操作按钮），实现对装置重要设备和重要工艺参数的联锁安全保护和过程监视、报警。工程师站和SIS操作站均配19液晶显示器，带鼠标和键盘。系统配1台激光打印机(作报表打印)。通讯系统、电源系统和控制器均为1：1冗余；安全联锁回路（包括其I/O卡）采用1：1冗余。SIS系统与DCS控制系统之间的重要信号采用硬接线连接，其他信号采用通讯的方式送DCS。所选SIS系统满足以下功能：(1)信号处理能力. 能处理下列类型的信号：420mA二线制；420mA有源；开关信号(干触点)。. 变送器供电由系统I/O卡件提供。(2)过程控制功能. 控制器发生故障时，输出应能保持。. 除具备基本联锁保护控制功能外，
14、同时还具备顺控、选择等控制功能。(3)组态功能可通过键盘或鼠标实现生产过程控制组态，并能方便地调用各种信息和数据。(4)显示功能具有总貌显示、分组显示、点显示、历史趋势显示、报警点摘要显示、动态流程图显示等。动态流程图和用户报表还可以用汉字显示。(5)报警功能过程报警信号除画面显示(变色、闪烁)及操作键盘上灯光闪烁外，重要的联锁报警信号送往辅助操作台的声-光报警系统进行报警。各类报警均可进行实时打印。(6)制表打印功能根据用户要求，按确定的格式、内容、打印周期进行定时打印，也可随时打印。(7)信息管理功能重要的信息组态后均能自动存入存贮单元中，并可通过键盘方便地调出。(8)自诊断功能具有完整的
15、故障自诊断系统和一定的故障修复功能，可在工程师站和操作站上显示自诊断状态和结果。(9)SIS初步I/O点清单如下：SIS 输入/输出信号清单 功能类型控 制监 视联 锁备 注输入信号420 mA 90接 点来自DCS接 点25无源、来自电气接 点3024VDC、无源总 计 145功能类型自动控制手动控制联 锁备 注输出信号接 点 12 去硬报警、不冗余接 点25 24VDC、无源接 点20 去DCS 24VDC总 计 57 注：1.以上数据均为初步实际使用点数。 2.以上数据不包括焦炉气和合成气机组联锁停车I/O点数。10.8.2 温度仪表就地温度指示采用抽芯式、万向型双金属温度计。集中温度原
16、则上采用隔爆型铠装热电偶（K）或热电阻（Pt100）。温度检测仪表均带温度计套管，采用法兰连接，材质同工艺或设备材质一致。10.8.3 压力(差压)仪表一般情况下，采用压力(差压)变送器；另根据介质粘堵、腐蚀等情况，分别选用远传式隔膜压力(差压)变送器。选用智能型变送器，采用手持式通讯器调试。压力表原则上选用波登管压力表。另根据介质情况分别选用不锈钢压力表或隔膜式压力表。泵出口选用耐震压力表。10.8.4流量仪表流量测量原则上选用法兰取压标准节流装置配差压变送器；非关键场所，选用远传金属管转子流量计。对公用工程计量，选用标准节流装置配差压变送器并进行温压补偿；对原料气的测量采用楔式流量计；对成
17、品计量，选用质量流量计。节流装置的计算按ISO-5167-1标准执行，孔板材质采用316SS。 就地流量指示原则上选用金属管转子流量计。10.8.5液位仪表原则上采用电子式浮筒液位变送器；当液位大于1500mm时，采用双法兰液位变送器；测量罐区的液位，采用雷达液位计。液位联锁选用浮筒式液位开关或音叉式液位开关。10.8.6控制阀原则上采用单座/套筒控制阀；蒸汽选用套筒阀；有气蚀可能的场合选用防气蚀阀；阀内组件至少为不锈钢；纯氧介质阀内件材质选用蒙乃尔合金。用于放空场合的控制阀，其泄漏量等级不低于ANSI Class V。用于连续控制的控制阀均配电-气阀门定位器。对于切断阀，按要求选用快速切断阀
18、，其泄漏量等级至少为ANSI Class 。所配电磁阀为24VDC、直动式。10.8.7分析仪表氧含量分析采用氧化锆分析仪。合成系统中气体组分分析采用气相色谱仪，TCD型检测器，取样、预处理和标气等均随分析仪成套提供。10.8.8其它仪表安全栅按参量取证方式选配，选用隔离型安全栅。10.9 材料选择10.9.1电缆(1)控制电缆：黑色聚氯乙烯护套、聚氯乙烯绝缘、铝箔屏蔽、线芯截面1.5 mm2。(2)本安电缆：兰色聚氯乙烯护套、聚乙烯绝缘、铝箔屏蔽、线芯截面1.5 mm2。必须进行分布电感和分布电容的认证测试。(3)补偿电缆：连接热电偶时，采用延伸型补偿电缆。线芯截面2.5 mm2。(4)动力
19、电缆：PVC护套、PVC绝缘、线芯截面1.5 mm2或2.5 mm2。10.9.2管件、阀门(1)非腐蚀性介质：一般选用碳钢材质的管件、阀门。(2)腐蚀性介质：一般选用不锈钢材质的管件、阀门。(3)伴热：一般选用不锈钢材质的管件、阀门。10.9.3安装用辅材一般选用碳钢材质的，外涂防护漆。10.9.4桥架选用碳钢镀锌材质，按电缆类型和电压等级不同分槽敷设。10.10动力供应10.10.1仪表用压缩空气本装置仪表用压缩空气来自界区外，由外管专业送至装置内；装置内采用环形管网供气。用量：250Nm3/h（0，0.1013MPa），进装置压力不低于0.6MPa(G)。气源质量要求： 露点：操作压力下低于33.2含尘：粒径3，含尘量1mg/m3。含油：10mg/m3（8ppm(W)）10.10.2 仪表用电源主装置DCS和SIS用电由电气专业送220VAC、50Hz，经过UPS的单相电源，仪表用电量为30 kVA、蓄电池供电时间为30分钟。随设备带来的系统由设备带UPS，由电气专业将单相动力电源（220VAC，50Hz）送至该工段控制柜。10.11 其它易冻介质的测量仪表其测量管线采用低压蒸汽伴热；高温介质的测量管线采用隔热、防烫措施。
