发布时间：2015-01-06 来源：人大经济论坛

"免费"DCS在焦炉煤气干燥脱水控制系统中的应用_自动化专业毕业论文 DCS在焦炉煤气干燥脱水控制系统中的应用   陈祖建，何小刚     摘 要:本文设计并实现了用于工业控制的DCS,以实现焦炉煤气干燥脱水的自动化控制，介绍了干燥脱水的工艺概况和系统配置；详细说明了使用时序的方法现实焦炉煤气干燥脱水过程控制的实现过程。该系统参数调整简单方便,完全实现了自动控制,并提高了系统的安全性和工作效率。   关键词：焦炉煤气   DCS   干燥脱水    时序   中图分类号：TP273     文献标识码：B   1．引言   我国 “ 少 油有气多煤”，也是世界上最大的焦炭生产、消费和出口国。炼焦过程伴有大量的焦炉气生成，占炼焦产品总质量的15%-18%[1]。然而，长期以来国内焦化产业重焦炭生产、轻综合利用，大量的焦炉气直接排放燃烧，不仅浪费了宝贵资源，造成了巨大经济损失，更造成了严重的环境污染。随着能源结构多元化的发展趋势，焦炉气也逐渐变废为宝，得到越来越多的应用。   焦炉气中含有大量的H2、CH4及少量的CO、CO2、H2S 、COS、苯、萘等物质。一般将其排放到空气中，既污染环境又造成了资源浪费。如果经过加工提纯处理，可以分离出H2作为合成氨、甲醇的合成原料气、CH4气体经过液化可以作为液化天然气使用。这样即实现了资源的充分利用，又减少了环境污染。在分离H2、CH4过程中，必须对焦炉煤气进行脱硫脱汞、脱酸，干燥、吸附除杂等处理[2]。   在化工生产的过程中，经常会接触到一些有毒有害气体，有些装置操作复杂，要求精度高，劳动强度大。DCS系统彻底改变了原始落后的生产状态，可以代替人的重复性劳动，摆脱繁重、脏乱、危险的环境，保障设备及人身安全，减轻劳动强度，改善劳动条件。DCS即集散控制系统，又称分布式控制系统(Distributed Control System) [3]。它的主要基础是4C技术，即: Computer（计算机）、Control（控制）、Communication（通信）、CRT（显示技术）。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理[4]。   2．系统架构   在工业控制领域中，DCS是目前很成熟的系统，它把总体危险分散到各个子控制系统中，当其中某个子系统出现了问题时不会影响到总体功能。焦炉气的干燥脱水采用DCS系统使控制系统更加可靠，控制方案变的简单。   2.1 DCS基本结构   DCS也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制技术，如图1 DCS基本结构。   600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-23159.png" width="474" height="271" />   600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-26663.png" width="121" height="32" />     人机界面通过工业以太网与主控单元相连，用于显示，控制现场仪表或阀门，并向主控单元下装控制算法、数据转换等底层程序。控制单元通过现场总线与输出、输入模块连接控制现场仪表、变送器、阀门等执行机构。   本系统的DCS选用的是和利时公司的MACS系统，MACS系统具有以下优点：   ① 系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；   ② 系统具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；   ③ 系统支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；   ④ 系统可靠性高、维修方便、工艺先进、价格合理。   2.2 系统原理   焦炉气的干燥脱水控制系统采用等压干燥的原理，如图2干燥脱水工艺流程。   600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24879.png" width="169" height="32" />600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-29951.png" width="552" height="356" />     焦炉气经过预处理、脱酸后，从脱硫脱汞塔的塔顶流出到干燥脱水系统。气体由调节阀控制分为两部分进入等压干燥脱水系统，一部分（～70%）直接进干燥塔T-501a/b吸附干燥脱水；另一部分（～30%）作为热再生和冷再生气源。作为热再生气源时焦炉气经过辅助干燥塔T-502、干燥加热器E-501、干燥塔T-501a(b)；作为冷再生气源时焦炉气经过干燥塔T-501A/B、干燥加热器E-501、辅助干燥塔T-502、再生气冷却器E-502、干燥气液分离器V-501、干燥塔T-501(a)b。冷却降温后的气体经过干燥气液分离器分出液体后汇合前一部分气体一并吸附脱水；吸附脱水后的合格干燥气体（常压露点小于-65℃）去变温变压吸附工序，不合格气体则切换至放空总管放空。   在等压干燥系统中用于吸附作用的干燥塔T-501A/B分别经历吸附、热再生、冷再生三个步骤完成一个循环过程，辅助干燥塔T-502起到辅助脱水及提供再生气源的作用，这三个塔与冷却器、加热器、分离器组成干燥系统，三塔交替循环达到干燥脱水的目的。   表1 等压干燥时序表   符号说明：A 吸附干燥、H 热再生、C 冷再生、ON 阀门开   a塔吸附和b塔热再生   开启进出气阀门KV5100a、KV5101a，压力为2.28MPa的经过脱酸处理的焦炉气从塔顶进入处于吸附状态的A塔，流经吸附床层在吸附剂的选择性吸附作用下，气体中的水分被吸附下来，未被吸附的气体从塔顶流出去变温变压吸附系统。   分出的一部分气体（～30%）经过开启的阀门KV5105从塔底进入处于冷再生状态的辅助干燥塔T-502，气体中的水分被吸附下来，从塔顶流出经过再生加热器E-501加热到150℃左右，经过开启的阀门KV5103b从塔底进入处于热再生状态的干燥塔T-501b。将b塔吸附下来的水分从塔顶吹出，经过开启的阀门KV5102b和KV5106去冷却器降温后经过气液分离器分出液体，汇合上部分气体进干燥塔T-501a进行吸附干燥脱水。b塔出口温度高于100℃后热再生完成，关闭阀门KV5105和 KV5106系统转入下一步序。   a塔吸附和b塔冷再生   a塔继续吸附，当被吸附物质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时(根据净化器管线上的在线检测仪反馈信号判断)，关掉该塔的进出气阀门KV5100a、KV5101a，停止吸附，吸附塔开始转入下一步序热吹过程。   分出的一部分气体（30%）经开启阀门KV5104和KV5100b从塔顶进入热再生完的b塔，对b塔内的吸附剂进行冷再生，气体从塔底流出经过阀门KV5102b进入再生加热器加热后从塔顶进入处于热再生状态的辅助干燥塔，对辅助干燥塔进行热再生。再生气从辅助干燥塔底部流经阀门KV5107经过冷却器降温后经过分离器分出液体后汇合上部分气体进入干燥塔T-501a进行吸附干燥。b塔出口温度低于40℃后冷再生完成，关闭阀门KV5102b、KV5103b、KV5104和KV5107等待A塔吸附完成后进入一下步序吸附干燥。   a塔热再生和b塔吸附   a塔的热再生和上述b塔的热再生原理相同，b塔的吸附和上述a塔的吸附原理相同。开启阀门KV5102a、KV5103a、KV5100b、KV5101b、KV5105和KV5106，T-501a进行热再生，干燥塔T-501b进行吸附。   a塔冷再生和b塔吸附   a塔的冷再生和上述b塔的冷再生原理相同，b塔的吸附和上述a塔的吸附原理相同。开启阀门KV5102a、KV5103a、KV5100b、KV5101b、KV5104和KV5107，干燥塔T-501a进行冷再生，干燥塔T-501b进行吸附。   a、b两塔如此交替循环完成对焦炉煤气的干燥脱水。干燥脱水后的合格干燥气体去变温变压吸附工序，不合格气体则切换至放空总管放空。   3．控制器算法组态   控制器算法组态是MACS系统组态软件的重要组成部分。控制算法组态的过程就是按照设计好的控制方案，创建解决问题所需的一系列POU（Program Organization Unit），在POU中编写相应的控制运算回路。   控制算法组态的核心是创建程序型POU，采用合适的POU语言编写它的运算内容，在编程时，对变量进行数据读\写操作，用变量传递运算结果，将某些变量值送到输出模块去作为控制现场设备动作的指令，或者不输出变量而仅将变量值传递到上层操作员站作监控使用。POU的编程语言主要有面向图形的编程语言FBD、CFC、LD、SFC，结构化文本语言ST，指令表IL。MACS系统的控制器算法组态软件组合了以上这些语言，在这些语言之间可以相互传递变量。   本次设计的时序采用SFC语言设计，在每一步序中使用ST语言编写。和LD语言编写方法相比，这种方法编写简单，结构清晰。   在图形组态中的对应工艺流程图中，设置一个推出窗口，在里面可以手动设置定时时间T1、T2的值。根据生产负荷可以在线调整T1、T2的值。   流量调节FIC5100为PID控制。控制方式为自动时，FY5100开度由DCS进行PID运算输出决定；FIC5100给定值SV 越大，FY5100开启度越小。控制方式为手动时，FY5100开度可在0~100%范围内自由开启。算法组态如图3 PID算法组态。   600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19780.png" width="237" height="229" />600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6153.png" width="288" height="210" />   600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-20717.png" width="169" height="32" />600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-24280.png" width="169" height="32" />     LIC5101和