关于制氧机自动化仪表系统应用浅谈

魏庆征

摘要：大型空分装置机组的合理配置对于空分装置的安全、稳定运行至关重要，本文从控制系统角度出发，以节能降本，保证设备本质安全为目的，对PKS控制系统、仪表系统、L2能源管控系统三部分选择应用做了简要分析。

关键词：空分装置;PKS;SIS;L2

空分装置是现代煤化工、化肥、钢铁等工业生产的重要组成部分。随着科技与工业的迅速发展，各行业对氧、氮、氩需求量的增大，促使空分装置规模越来越大，技术越来越先进节能，运行也日趋稳定。

石横特钢泰安特种建筑用钢项目制氧项目为杭州制氧机集团股份有限公司EPC总承包，承建的KDONA-30000/60000/1000低压全精馏无氢制氩空分设备。设备采用分子筛净化、增压透平膨胀机、上、下塔采用规整填料塔、氧氮外压缩、全精馏无氢制氩工艺流程。氧气输送量为30000Nm³/h，该项目已顺利投产。本文主要针对部分自动化系统在本项目中的选用进行浅析。

1.PKS R400控制系统及附件的选用

（1）控制系统能有效地监控整套空分设备生产过程，确保设备长期稳定可靠运行，操作维护方便。

（2）采用中央控制室集中控制为主，结合机旁盘仪表和就地仪表控制，整个仪控系统确保可靠。

（3）采用中央控制室（DCS系统），选用霍尼韦尔DCS系统（最新软件版本R 400），配置安全防火墙功能，配置OPC授权。利用一期视频集成系统，增加相应摄像头。DCS配置远程web访问授权;卡件或模块根据生产工艺需要进行冗余设计;卡件或模块具备热插拔和通道隔离的功能。结合机旁盘仪表和就地仪表控制，整个仪控系统确保可靠、先进。

（4）在中央控制室设置6个工作站（含C站2台），2台服务器，共计8个工作站，服务器型号：Dell PowerEdge R430，工作站型号：T7810，配27寸显示器，对成套空分设备的过程参数实现监控，具有显示、操作、调节、记忆，起动联锁和保护等功能。DCS配置远程web访问授权，并配置1台计算机，具备电子表格功能，实现参数的在线统计、运行记录报表自动生成打印。DCS系统配置编程器一个（型号：20L5A004CD），含有进口仿真授权用于DCS程序调试维护使用;同时对工厂配水泵、调节阀、各监测点传感器信号等所有参数进入DCS系统，实现设备的监控，显示、操作、调节、记忆，起动联锁和保护等功能。DCS系统具备防火墙冗余、系统冗余、网络冗余、CPU冗余、电源冗余功能。所有电源输出端子必须有熔断功能。安全栅或隔离器必须使用接线端子，禁止仪表线直接接入安全栅或隔离器;现场仪表线不允许直接接入DCS卡件接线端子，应安装统一的接线端子，现场仪表线接入接线端子。

（5）所有联锁回路按ISA标准，采用失电安全的原则进行设计，以保证在失电状态下的安全停机。在中控室设置紧急停车按钮台，用于在紧急状态下或计算机故障下的一触式紧急停车。故障停机与紧急停车分别由两路停车信号送至停车回路，以保证停车回路的可靠性。

（6）控制系统电源UPS内置输入、输出隔离变压器，内置蓄电池开关（直流开关），标配干接点和MODBUS通讯接口，实现UPS运行参数传输至DCS监控画面报警显示。

（7）所有户外型安装的现场电子仪表原则上选用IP65。

（8）用于停车联锁的压力、温度采用单点双测形式（联锁采用二选二），要设计防止联锁误动作判断程序。

2.仪表选型

（1）压力、差压变送器采用智能变送器（带现场数显表头，可调节参数），BRAIN通讯协议，配手操器BT-200;HART协议，配HART手操器，要求实现DCS在线远程上位机组态变送器参数功能。冷冻水和冷却水系统采用电磁流量計就地变送器设仪表保护箱（保温伴热型），出空冷塔压力取压检测点（三选二）室内布置。

（2）工艺氩泵采用变频器调节与DCS系统实现调节控制，并设置专用控制柜，室内布置。

（3）所有接入DCS系统柜的模拟量信号（温度、压力、流量、开关量）在信号输入端和输出端必须增加信号隔离器、隔离式安全栅，防止信号干扰。产品的选用必须具备在线实时显示输入和输出值的功能。信号隔离器、隔离式安全栅、浪涌保护器产品推荐选用MTL、南京西桓、图尔克、菲尼克斯品牌产品，并配置编程电缆。

（4）流量测量仪表选用的原则：就地流量计采用转子流量计，气体流量测量一次元件采用标准孔板，低压大尺寸气体管线采用均速管流量计，水流量采用电磁流量计。

（5）调节阀定位器采用HART协议;纯化系统三杆阀的口径与管道同径。纯化器切换阀门杭氧工装三杆阀必须带手轮设计，气缸活塞油耐温-40～60℃。

（6）二位三通和二位五通电磁阀选用进口产品，纯化系统切换阀采用杭氧工装产品，双线圈电磁阀，24VDC供电。切换阀门采用三杆阀（配手轮），分馏塔、液体储槽低温调节阀选用进口系列产品，空压机、氮压机放空阀、防喘振阀门选用进口品牌产品，过滤减压器和定位器，具备在线拆卸维修功能，定位器为HART协议。阀门定位器的选型：常温调节阀门定位器根据低温调节阀门定位器选择具体型号，带反馈功能。

（7）就地温度指示（报警）采用双金属温度计。

（8）预冷系统就地液位显示采用磁浮子液位计。

（9）测振仪采用进口产品。空透、氧透、氮透、膨胀机等设备（含设备电机、增速机）每个轴承，在线监测装置配套厂家纳入频谱分析范围、具备远程诊断功能。

3.L2能源管控系统

考虑采用工业网络设备部署成若干环网的方式，实现对现场网络的覆盖要求及网络冗余强壮度的要求。生产数据采集通过工业级数采设备实现，并经由后台服务器处理后，提供给页面展示服务器使用，此环网为局域网，将主要工序的生产、设备监控画面传递至调度室进行监控。

系统采用实时数据库，基于SQL SERVER数据库操作原理，操作简单，维护快捷。同时数据存储方式可以满足现有市场所有工业企业对于数据信息的监控要求。数据采集分为数据采集层、数据处理层、数据展示层三级架构，充分考虑数据量增多时系统的稳定性与及时性，实现数据有效传输及实时性。

参考文献

[1]吴慧  集散控制系统在宝钢72000m³/h制氧机的应用[J]    深冷技术，2002

[2]夏德海  钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M]  北京，冶金出版社，2000