DCS 系統(tǒng)在氣化鎖斗系統(tǒng)中的應(yīng)用

梁 曉

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030024）

過程控制是當前工業(yè)生產(chǎn)中比不可少的控制方式，其可對生產(chǎn)工藝中各個階段的參數(shù)進行檢測、記錄、顯示、報警以及調(diào)節(jié)等，對于改善產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化工藝流程等方面具有重要意義。工業(yè)中的過程控制系統(tǒng)普遍表現(xiàn)為實時性、復(fù)雜性、參數(shù)多變化性以及大儲量等特點。集散控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對工廠中各個區(qū)域的設(shè)備、工藝參數(shù)等進行集中控制，解決工業(yè)生產(chǎn)中的“自動化孤島”和“信息孤島”的問題[1]。本文以氣化鎖斗系統(tǒng)為研究對象，重點開展DCS 系統(tǒng)在其中的應(yīng)用研究。

1 現(xiàn)狀及需求分析

本節(jié)主要對氣化爐鎖斗系統(tǒng)的功能及其實際生產(chǎn)中的自動控制需求進行分析，而后對現(xiàn)階段控制系統(tǒng)所存在的問題進行分析，提出優(yōu)化改進的方向。

氣化爐為甲醇生產(chǎn)制造廠的核心裝置，其主要功能是生成一氧化碳和氫氣。在實際生產(chǎn)中，煤漿和氧氣在氣化爐中混合反應(yīng)，此反應(yīng)為不完全的氧化反應(yīng)；根據(jù)煤漿的不同在氣化爐中的反應(yīng)溫度也存在較大的差異，一般在1 300 ℃～1 400 ℃之間，氣化爐內(nèi)的工作壓力一般在6.5 MPa 左右。在實際反應(yīng)過程中，為了實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化率，一般采用部分氧氣釋放能力的方式，保證氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度在合理范圍之內(nèi)[2]。

氣化爐鎖斗裝置為根據(jù)反應(yīng)的進行對未參加完全反應(yīng)的煤渣進行排放。一般情況下，排渣的時間間隔為30 min，反復(fù)循環(huán)進行，保證氣化爐內(nèi)的粗渣被完全排除干凈。氣化爐鎖斗兄臺功能涉及到的核心裝置包括有氣化爐、鎖斗、鎖斗沖洗水罐、鎖斗循環(huán)泵以及渣池。目前，鎖斗排渣裝置還存在人工操作控制的情況，在實際生產(chǎn)中常會面臨如下問題：

1）為保證氣化爐的穩(wěn)定運行，保證轉(zhuǎn)化率，需要對氣化爐未參加反應(yīng)的粗渣定期排除；但是，由于手動控制存在忘記排渣的情況，導(dǎo)致氣化爐無法穩(wěn)定運行。

2）按照規(guī)范操作，氣化爐排渣需要將其內(nèi)部的壓力從6.5 MPa 泄放至常壓狀態(tài)；但是，在手動操作過程中常存在壓力未泄放至正常狀態(tài)，從而導(dǎo)致設(shè)備受損，帶來了極大的安全隱患。

3）鎖斗系統(tǒng)需在排渣和積渣兩個過程中反復(fù)循環(huán)切換，需要對多個閥門進行同時控制；手動控制存在操作失誤、動作失誤的情況較多，經(jīng)常導(dǎo)致氣化爐液位偏低、渣口堵塞、損害設(shè)備等情況，從而影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[3]。

4）同時，手動同時對多個閥門進行控制，由于動作失誤的存在導(dǎo)致氣化爐停車，直接影響生產(chǎn)效益。

因此，針對氣化爐鎖斗系統(tǒng)的運行急需一套自動化邏輯控制系統(tǒng)對其的自動順序控制，解決人工控制存在的不足，確保兄臺功能在長期范圍內(nèi)高負荷、穩(wěn)定的運行。

2 氣化爐鎖斗系統(tǒng)DCS 系統(tǒng)的設(shè)計

在上述現(xiàn)狀及需求分析的基礎(chǔ)上，同時綜合實際生產(chǎn)中總結(jié)的各類問題，所設(shè)計的DCS 系統(tǒng)重點解決鎖斗系統(tǒng)排渣的順序控制問題；同時，為保證整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，還應(yīng)為DCS 系統(tǒng)設(shè)置安全聯(lián)鎖條件[4]。具體到工序為鎖斗積渣、鎖斗排渣、鎖斗沖洗以及安全邏輯控制四方面。鑒于鎖斗系統(tǒng)工藝的特殊性，雖然各個模塊是相對獨立，但是在執(zhí)行層面必須實現(xiàn)順序控制才能夠保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。順序控制流程依次為：泄壓→沖洗→排渣→沖壓→積渣；而且，在每個流程之間都需設(shè)置安全聯(lián)鎖條件，上一個模塊未按照既定流程完成無法跳轉(zhuǎn)至下一模塊運行。

2.1 鎖斗順序控制系統(tǒng)的設(shè)計

本節(jié)對關(guān)鍵工藝流程五個過程進行細化，實現(xiàn)對鎖斗系統(tǒng)的精準順序控制。根據(jù)鎖斗系統(tǒng)的工況，可將其工作流程細分為15 個步驟，各步驟的具體操作內(nèi)容和事項如下頁圖1 所示。

圖1 鎖斗系統(tǒng)工作流程細化步驟圖

2.2 鎖斗系統(tǒng)時間順序設(shè)計

結(jié)合鎖斗系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行工況，對上述5 個關(guān)鍵工藝過程的時間進行設(shè)計，具體如表1 所示。

表1 鎖斗系統(tǒng)時間順序流程設(shè)計

2.3 鎖斗系統(tǒng)流程程序設(shè)計

根據(jù)上述鎖斗系統(tǒng)的順序控制流程及各個流程的預(yù)設(shè)定時間分別完成鎖斗排渣、積渣、沖洗、沖壓以及泄壓各個過程程序流程的設(shè)計，并為各個模塊之間添加相應(yīng)的約束條件，以實現(xiàn)對各個模塊及流程之間的聯(lián)鎖保護[5]。

2.4 鎖斗DCS 控制系統(tǒng)性能測試

本系統(tǒng)在實際運行過程中并不會占據(jù)太大的系統(tǒng)資源，而且各個模塊的功能劃分非常清晰；模塊化設(shè)計的理念為后續(xù)系統(tǒng)的維護和修改提供了極大的便捷性。

DCS 系統(tǒng)的應(yīng)用直接降低了現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度，在節(jié)約人員成本的同時，有自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)對鎖斗系統(tǒng)的控制極大地提升了系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，解決了以往人工控制誤動作、誤操作所引發(fā)的各類事故的發(fā)生，為工廠效益的提升具有重大意義；同時，由于DCS 系統(tǒng)對鎖斗系統(tǒng)各個流程和工序之間設(shè)定有聯(lián)鎖保護條件，極大保證系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

氣化爐為甲醇生產(chǎn)制造廠的核心裝置，其作為二氧化碳和氧氣的生成器，在氣化爐主要完成煤漿和氧氣的不充分反應(yīng)，該類反應(yīng)需重將未充分反應(yīng)的粗渣定期排放，才能夠保證下一循環(huán)階段的穩(wěn)定運行。為解決氣化爐鎖斗系統(tǒng)傳統(tǒng)人工控制的一系列問題，本文將DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用于氣化爐的鎖斗系統(tǒng)中。經(jīng)實踐表明，DCS 控制系統(tǒng)在降低操作人員勞動強度的同時，極大地提升了氣化爐鎖斗系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，為提升工廠的經(jīng)濟效益具有重大意義。