1、DCS 控制系统在煤气生产过程中的应用摘要：本文阐述了以 DeltaV 为代表的集散式控制系统在煤气生产中的实际应用，并简单地介绍了如何实现以 DeltaV 系统为代表的 DCS 控制系统在煤气生产过程中的成功应用。 关键词：DCS 控制系统；生产过程；应用 中图分类号： TF526 文献标识码： A 文章编号： 引言 近 30 年来，DCS 产品虽然在基本原理和产品市场定位上没有根本上的改变，但随着技术的进步、外界环境和市场需求的变化，设计思想也相应发展，如横河公司为了生存，从 1975 年发表的 CENTVM 系统至现在的 CENTVM CS 3000R3，已经有 16 代了，其它公司也是
2、如此。从宏观上看，DCS 经历了 3 代，即 1975 年至 1980 年前期、80 年代中期至 90 年代前期和 90 年代中期到 21 世纪初。3 代产品的区别可以从 DCS 的三大部分，即控制站、操作站和通信网络的发展来判断。 l 工艺简介 煤气厂二期煤气生产的主要制气阶段发生在改质阶段。改质阶段是过热蒸汽与碳氢化合物发生的水煤气反应阶段，主要生成 H2 和 CO。改质煤气中的热量被后续的 16 MPa 锅炉利用后转化成 16 MPa 蒸汽，用于驱动透平风机和提供改质反应所需的蒸汽，过剩的蒸汽供给蒸汽管网。改质煤气经过 16 MPa 锅炉冷却后进入 CO 变换反应器以降低改质煤气中的 C
3、O 含量。通过 CO 变换反应器的煤气经过 06 MPa 锅炉冷却后进入激冷水封，水封可以防止煤气储罐内的煤气回流到制气装置。煤气经过激冷水封后进入冷却塔与冷却水直接接触换热，将煤气温度冷却至大约36，最后送人煤气储柜。 2 控制系统选型 操作环境、数据总线和网络通信为封闭的系统，在平台开放性方面功能较弱； RS3 系统逐步被主导产品所取代，备件供应困难、价格昂贵、维护成本高； RS3 系统受到内部功能和结构的限制，存在扩展性能差等缺点。DeltaV 系统是 Emerson 公司在传统 DCS 系统优势基础上结合上世纪 90 年代的现场总线技术，并基于用户的需求开发的新一代控制系统。它具有开放
4、的网络结构与 OPC 标准，系统可实现真正的在线扩展等技术特点。因此，DeltaV 系统成为二期控制系统的主要选择。但也存在几个难点，如新老系统的无缝集成、控制策略和人机界面的重新开发等。经过认真的技术交流和综合分析，从工厂长远发展利益，保持系统先进性、可扩展性及整体性考虑，我们最终选择了原一期 RS3 控制系统改造升级，新建二期 DeltaV 控制系统，一二期两个操作界面统一的方案。 3 控制系统构成 煤气厂二期控制系统的构成主要包括控制站、操作站、工程师站、新老系统的接口、通信网络和软件等。系统拓扑如图 1 所示。 由于二期扩建并不是新建项目中所有的工艺装置，有些设备将成为一二期系统的公用
5、设备，有些原来由 RS3 系统控制的设备并不接入DeltaV 系统，但控制策略需要在 DeltaV 中实现。这样一来，势必需要在RS3 系统与 DeltaV 系统之间建立起控制器间的通信。我们采用了 Modbus通信和 OPC Mirror 数据镜像 2 种方式来实现。 Modbus 通信 Modbus 协议支持传统的 RS-232 串口、RS-422 串口、RS-485 串口和以太网设备” 。我们通过在 RS3 和 DeltaV 的 Modbus 模块之间建立 Modbus连接，来实现 RS3 与 DeltaV 之间的通信。新老系统之间的 Modbus 通信如图 2 所示。 OPC Mirr
6、or 数据镜像 OPC 定义了应用 Microsoft 操作系统在基于 PC 的客户机之间交换自动化实时数据的方法。我们通过在一台服务器上安装 DeltaV OPC Server和 AtrikonOPC Server for RS3 RNI，建立 OPC Mirror 中转，以实现RS3 与 DeltaV 的数据交换。新老系统之间的 OPC Mirror 数据镜像如图 3所示。 Modbus 通信方式与硬件相关，较为可靠但数据传输量较少，适合用来交换较为重要的控制数据；OPCMirror 通信方式需要通过 OPC 软件中转数据，适合不太重要或数据量大的交换。因此，我们将一二期控制系统需要交换的
7、生产数据进行了如下分类： 指示生产过程实时状态的温度、压力、流量等模拟量数据； 调节阀输入、输出模拟量数据； 与安全连锁控制相关开关阀及泵类输入、输出值； 与安全连锁控制无关开关阀及泵类输入、输出值； 其中，、类数据对生产装置的安全运行和实时监控起关键作用。因此，我们采用 Modbus 通信方式进行交换；类数据则利用 OPC Mirror 方式进行交换。 4 生产循环程序 一个完整的煤气生产循环包括 8 个步骤。为了描述循环步骤，做如下定义：开，表示着通向烟囱的主阀门打开，没有气体进入煤气系统；关，表示通向烟囱的主阀门关闭，煤气通过激冷水封进入煤气储罐。煤气生产循环步骤具体描述如下。 关空气吹
8、扫 风机提供一定量的空气进入直立式加热室，空气通过燃烧器吹扫加热室，易燃组分被吹出加热室。 关燃烧开始 位于加热室顶部的主燃烧器点火。 开加热 通过主燃烧器的原料与过量的空气进行燃烧，利用火焰的辐射热和热烟气的对流热加热格子砖，热烟气流经格子砖后通过改质催化剂，催化剂被烟气的显热和镍的氧化反应放出的热量加热，Ni 氧化成 NiO。在加热阶段，提供充足的热量给吸热的改质反应和辐射损失，与此同时，催化剂上残留的碳和硫化物被氧化后从催化剂上除掉。从反应器出来后，烟气流经 16 MPa 废热锅炉从烟囱排除。 开空气吹扫 加热阶段完成后，用少量的空气将改质室和加热室内的剩余含氧组分从烟囱吹扫除去。 开蒸
9、汽吹扫 蒸汽吹进加热室和改质室，吹扫气体经过 16 MPa 废热锅炉从烟囱排除。 关蒸汽吹扫改质开始 原料供给阀门打开，原料进入混合室与过热蒸汽充分混合，混合气体流经改质催化剂。发生 NiO 还原为 Ni 和有机组分氧化成 CO：和 H：O的反应，催化剂发生还原反应后真正的改质反应才开始。 关改质(加热喷枪保持小火) 原料与蒸汽改质后生成 CO 和 H：。蒸汽从格子砖的上方进入加热室，当蒸汽经过热的格子砖后被预热到 800 oC，然后过热蒸汽在水平混合室与液态喷入并迅速气化的原料混合。在改质催化剂的作用下，混合反应物发生改质反应。与此同时，少量的原料与工艺空气继续提供给主燃烧器燃烧生成的烟气用
10、于调整产品煤气的质量。改质煤气流经 16 MPa 废热锅炉、CO 变换器、06 MPa 废热锅炉后进入煤气系统。 关蒸汽吹扫 改质阶段后，蒸汽进入装置将剩余的易燃组分吹到 CO 变换器中，为下一周期做好准备。随着第步骤的结束，一个完整的制气周期就完成了。生产循环程序流程如图 7 所示。 结束语 综上所述，要对控制系统全面深入的研究和理解、对工艺的洞悉以及对关键节点的把握。通过制定周密可行的实施计划，进行科学严格地项目管理，保证了项目实施的各个环节始终处于控制之中，直至项目最终取得成功。 参考文献 1朱红 DCS 系统常见故障排除经验 自动化应用 2010 2王建平， 彭晖 DCS 系统(RS3)在生产应用中的故障分析天然气与石油 2004 3吴勤勤控制仪表及装置M2 版北京：化学工业出版社。2010 4许健，傅庆宜DCS 控制系统的新旧合一升级探讨EBOL2008 作者简介：贾新文，女，1990 年毕业于中国矿业大学，现在山西大同，同煤集团煤气厂工作
