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化工PX(对二甲苯)项目典型应用

一、综述
PX(对二甲苯)市场需求日益增大,效益显著,中国石化坚持走自主创新之路,PX成套技术工艺包开发被列入中国石化十条龙攻关项目,如今,在中国石化海南炼油化工有限公司(海南炼化)实现了60万吨/年PX项目的成功投产,各项指标大幅领先行业指标,一举打破了国外PX成套技术的垄断,形成了具有中国石化技术特色的PX成套技术。
海南炼化PX项目是国产PX工艺包的首套工业项目,在选用DCS系统上非常谨慎,经过认真的调研及详细的技术评比后,项目最终选用杭州奔驰宝马app自动化有限公司的MACS_V6系统,在首次开车的节点上,各项指标要求极为严格,开车各项指标系统均满足要求,经过项目开车检验,MACS_V6系统用实力证明了应用在大型PX项目上是成功的。
MACS_V6系统主要有以下几点优势:
1.随着近几年国产DCS技术的不断发展,国产DCS系统在技术和性能上已经达到了国际先进水平;
2.国产DCS系统供货周期要比国外系统短、备品备件能及时供应;
3.同等规模的DCS系统,价格上国产系统有着显著的性价比;
4.现场服务能及时到位、服务费用低。
二、项目概况
海南炼化60万吨/年PX项目,是完全采用中国石化自主知识产权建设的国内首套大型工业化芳烃装置。包括PX联合装置和系统配套设施两部分, PX联合装置包括:60万吨/年芳烃抽提装置、90万吨/年歧化及烷基转移装置、266万吨/年异构化装置、327万吨/年吸附分离装置、385万吨/年二甲苯精馏装置、联合装置公用工程,共6个装置单元;系统配套设施包括:原料罐区、产品罐区、火炬设施、循环水场等4个主要单体。
项目新建一个联合控制室,两个现场仪表机柜间,实现了在联合控制室对联合装置和配套系统设施进行生产操作、控制和监视、历史数据存储、现场智能设备管理,每个现场仪表机柜间设置工程师站兼操作站,满足了开、停工阶段使用和外操人员日常监视。现场仪表机柜间与联合控制室、马达控制中心(MCC)中的远程I/O与现场仪表机柜间之间采用单模冗余铠装光缆连接,DCS系统地域分布如图一所示。
图一 DCS系统地域分布
三、系统的网络结构及规模
3.1、网络体系结构
为了实现生产单元之间独立监视且能调用其它生产单元部分监视点,当某生产单元控制系统出现故障时,不影响其它生产单元,采用区域化和集中化并存设计方案,即(1#域:调度系统;2#域:芳烃抽提装置和歧化装置;3#域:吸附分离、异构化、二甲苯精馏装置;4#域:原料罐区、产品罐区、循环水场、火炬)共分为4个区域,每个域有独立的现场控制站、配电柜、交换机、工程师站、操作站,完成相对独立的数据采集和控制功能,最后通过三层交换机路由功能,实现区域之间控制站、操作站能相互访问,形成网络结构丰富(内有本区域网络构架、外有区域之间网络架构)、网络变量丰富、数据量丰富的DCS系统结构。现场主控单元、系统电源、系统网络、和控制回路的I/O模块均按1:1冗余配置,提高了系统的可靠性,所有设备都具有自诊断功能和无扰动更换技术。每个域均配置了两台工程师站,其中一台放置于联合控制室,另一台放置于现场仪表机柜间,利用主从工程师站技术,每台工程师站均配置防火墙、以及利用交换机功能限制大包数据、防止网络风暴。丰富的通讯与来自下属系统SIS、MCS、DEH、CCS、现场仪表以及与MES完美通讯,完成强大的完整的全厂控制系统,网络体系结构如图二所示。从而使得系统具有一下特点:
1、   区域化分布于现场,集中于中央控制室,系统功能完美强大。
2、   区域之间相互独立互不影响,方便管理维护。
3、   硬件冗余配置,系统安全性高。
4、   具有极强的防病毒传播、防网络风暴、防止网络瘫痪。
5、   网络结构丰富,可分散与集中控制、监视、操作。
6、   通讯丰富,OPC、MODBUS、AMS等。
图二 总的系统网络体系结构
MACS_V6系统结构配置灵活,通过简单的配置可以把为系统定义为对等结构、C/S结构、或者混合结构。配置为C/S结构的操作员站,通讯依赖于历史站;配置为独立操作站即为P-P结构,不依赖历史站,可以单独的完成系统各种功能。C/S结构与P-P结构在一个系统中可以同时配置,既能规避两种网络结构的弊端,又能充分发挥了两种网络结构各自的优势,提供通讯效率的同时,大大降低网络流量。
网络安全方面,根据不同的域,MACS_V6系统将网络划分为四个独立网段的VLAN,然后通过三层网络交换机的路由功能,实现各域间的通讯共享,网络交换机采用1:1冗余设置。MACS_V6系统主控单元本身具备网络风暴诊别与防范机制,并且每个交换机端口均进行了网络的流量限制,避免了发生网络风暴的可能,在FAT阶段进行的防网络风暴测试,验证系统不会因为网线错插,或者某一台机器产生网络风暴而对其他机器及主控产生影响。每台工程师站和OPC通讯站均通过硬件防火墙连接到交换机,硬件防火墙采用白名单模式,只允许列入白名单的系统标志数据传输,有效地抑制了病毒的传播。
GPS时钟同步:MACS_V6系统设置一个GPS时钟同步服务器,所有操作员站、控制站的时钟通过GPS服务器进行周期自动校时,实现了DCS、SIS、CCS、MCS等系统的时钟同步。
3.2、项目系统规模及I/O配置
海南炼化60万吨/年PX项目是目前国内PX行业规模较大的联合装置,项目设计点数为4944点,实际配置点数为6024点,备用余量为22%。MACS_V6系统的I/O卡件全部采用隔离式,用于控制的AI/AO、四线制AI、现场接地的AI卡件采用通道隔离式。每个AI、AO卡件及主控本身均带有智能HART芯片。所有I/O卡件插槽预留20%槽位,预留20%已接好线的I/O卡件作为备用,系统的I/O点数如表1所示。

表1 I/O配置

序号
信号类型
要求点数
含20%余量
卡件通道
卡件数量
通道数量
1
AI,HART,4~20mA (非冗余)           
1383
 
8
210
1680
2
AI,HART,4~20mA (冗余)
448
 
8
135
544
3
AO,HART,4~20mA (冗余)
686
 
8
104
832
4
AI,4~20mA (三线,GDS,非冗余)
150
 
8
23
184
5
DI
1780
 
16
136
2176
6
DO
497
 
16
76
608
7
小计
4944
 
 
684
6024
 
 
四、控制方案
该项目用到了很多控制方案,如:单回路控制、串级控制、比值控制、选择控制、分程控制、三冲量控制,还有泵的自启动、停止逻辑控制,泵罐隔离联锁逻辑、精密过滤器顺控、压缩机系统的负荷控制、机组联锁逻辑等。常见的单回路控制、串级控制、比值控制、选择控制、分程控制等本文就不再赘述。
4.1、三冲量控制
三冲量即有三个变量信号,蒸汽流量FI75031、汽包液位LI75031、给水流量FI75032,如图三所示。
图三 汽包三冲量控制
当蒸汽负荷的变化引起液位大幅度波动时,蒸汽流量信号的引入起着超前的作用,它可以在液位还未出现波动时提前使调节阀动作,从而减少因蒸汽负荷量的变化而引起的液位波动,改善控制品质。蒸汽流量前馈信号能克服因虚假水位引起的控制器误动作,改善负荷扰动下的控制质量;给水流量反馈信号能迅速消除给水流量的扰动,稳定给水量;水位主信号能消除各种内、外扰动对水位的影响,保证水位维持在允许的范围内。
在汽包水位控制中,三冲量水位控制系统实质上是前馈--串级控制系统。
4.2精密过滤器顺控
精密过滤器的运行和反洗各步骤可通过三种模式运行:“手动模式”、“半自动模式”、“自动模式”。三种模式可以灵活切换。项目上使用两台精密过滤器,其中一台过滤器运行结束后,另一台精密过滤器可实现自动切换运行,保证了过滤运行连续性的同时,提过精密过滤器的过滤效率。
五、与其它系统的连接
为了在DCS操作站可对其它系统进行监视,MACS_V6系统与安全仪表系统(SIS)、机组控制系统(CCS)、模拟移动床控制系统(MCS)、分析仪表控制系统(PAS)、PLC、雷达液位计、伺服液位计等采用MODBUS-RTU通讯,MODBUS-RTU通讯实施简单方便 ,而且石化行业使用的仪表很多都支持MODBUS-RTU通讯。与MES、罐区自动化管理系统(TIS)之间采用OPC通讯,通讯接口、数据流量见表2。
六、设备管理系统
设备管理系统主要进行现场仪表的管理,对于现场仪表(主要是变送器、阀门定位器),通过智能仪表HART通讯协议传输信息,进行综合维护管理。
自动的为检测和控制仪表建立应用及维护档案,实现预测维护管理,以保证仪表的可靠运行、减少维护工作量、提高设备的管理效率。
机组及特殊工艺设备的仪表和控制系统,由机组及特殊工艺设备配套,并与DCS通讯。
HOLLiAS 设备管理系统的总体架构如图三所示:
图三 设备管理系统总体架构图
七、苯类装置典型业绩
序号
合同名称
1
广东新华粤石化股份有限公司3万吨/年裂解汽油苯乙烯抽提项目
2
江苏磐希化工间甲基苯甲酸项目
3
苏虹港石化年产150万吨纤维级对苯二甲酸项目
4
常州新日化学有限公司扩建10万吨/年粗苯加氢、10万吨/年苯酐项目DCS
5
孟州市华兴生物化工年产5000吨苯丙氨酸提取项目DCS控制系统及仪表
6
河南省顺成集团物资贸易有限公司8万吨苯加氢项目集散控制系统
7
邯郸市裕隆化工有限公司10万吨苯精制DCS、SIS项目
8
河南省首创科技有限公司粗苯加氢精制项目
9
山东新泰联合化工5万吨/年苯酐项目DCS、SIS项目
10
金陵石化烷基苯厂催化剂升级项目
11
伊腾高科3000t/a聚苯硫醚DCS控制系统项目
12
常州新日化学有限公司25万吨/年苯乙烯工程DCS项目
13
济源市金马焦化有限公司10万吨/年苯加氢DCS项目
14
章丘日月化工5万吨苯胺项目
15
圣运化工苯加氢DCS项目
16
河南盛鸿翔化工有限公司5万吨粗苯精制项目改造
17
济南圣泉集团股份有限公司有机脂及对甲苯磺酸项目
18
宁夏蓝丰精细化工5000吨3、4二氯苯胺DCS系统项目
19
河北大鹏医药化工有限公司苯胺连续精馏装置DCS
20
江苏赛宝龙石化有限公司20万吨聚苯乙烯生产装置DCS系统
22
安徽泰达新材料科技有限公司5000吨偏苯三酸酐项目