煤化工行業(yè)的自動化系統(tǒng)

概述
高溫煉焦的主要產(chǎn)品是焦碳，主要用于高爐冶煉、鑄造、有色金屬加工、制造和制造等。
化學品回收的產(chǎn)品有：焦油、氨、萘、、和凈焦爐煤氣等。其中的和經(jīng)過精制和深度加工后可以制取苯、、、、苯、、酚、萘、蒽、呲啶鹽等，這些產(chǎn)品廣泛應用于化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、耐火材料和國防工業(yè)等。凈焦爐煤氣主要用于民用和工業(yè)原料。
采用控制技術提升煤化工行業(yè)的自動化水平，這對于提高煤炭加工的效率，緩解煤炭加工與環(huán)境保護之間的矛盾，促進煤炭加工業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展有著現(xiàn)實和深遠的意義。
典型的焦化廠一般有備煤車間、煉焦車間、回收車間、焦油加工車間、苯加工車間、脫硫車間和廢水處理車間等。
工藝描述
原煤一般含有較高的灰粉和硫分，洗選加工的目的是降低煤的灰分，使混雜在煤中的矸石、煤矸共生的夾矸煤與煤炭按照其相對密度、外形及物理性狀方面的差異加以分離，同時，降低原煤中的無機硫含量，以滿足不同用戶對煤炭質量的指標要求。
由于洗煤廠動力設備繁多，控制過程復雜，用分散型控制系統(tǒng)DCS改造傳統(tǒng)洗煤工藝，這對于提高洗煤過程的自動化，減輕工人的勞動強度，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質量以及安全生產(chǎn)都具有重要意義。
聯(lián)鎖/解鎖方案：在運行解鎖狀態(tài)下，允許對每臺設備進行單獨啟動或停止；當設置為聯(lián)鎖狀態(tài)時，按下啟動按紐，設備順序啟動，后一設備的啟動以設備的啟動為條件（設備間的延時啟動時間可設置），如果設備未啟動成功，后一設備不能啟動，按停止鍵，則設備順序停止，在運行過程中，如果其中一臺設備故障停止，例如設備2停止，則系統(tǒng)會把設備3和設備4停止，但設備1保持運行。
焦爐與冷鼓
工藝描述
以100萬噸/年-144孔-雙爐-4集氣管-1個大回流煉焦裝置為例.
控制方案
多年來，湖南良源自動化(DCS系統(tǒng)集成商\PLC系統(tǒng)開發(fā)集成商，13677480898黃經(jīng)理)的工程師們一直致力于該系統(tǒng)的開發(fā)，不斷的優(yōu)化改進，如下是典型的解決方案，實際會根據(jù)不同的項目做不同的優(yōu)化控制方案：
典型的煉焦過程可分為焦爐和冷鼓兩個工段。這兩個工段既有分工又相互聯(lián)系，兩者在地理位置上也距離較遠，為了避免儀表的長距離走線，設置一個冷鼓遠程站及給水遠程站，以使儀表線能現(xiàn)場就近進入DCS控制柜，更重要的是，在集氣管壓力調節(jié)中，兩個站之間有著重要的聯(lián)鎖及其排隊關系，這樣的網(wǎng)絡結構形式便于可以實現(xiàn)復雜的控制算法。
控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構
集氣管“4+1”優(yōu)化控制方案
圖中P1至P4是集氣壓力值，是本系統(tǒng)控制之重點，P是集氣管壓力之平均值，它反映了集氣管的一般工作狀態(tài)，在“4+1”控制中（“4”代表四個集氣管，“1”代表選擇大回流調節(jié)閥RB還是液力偶合器EF控制，兩者必選其一），時間分配器根據(jù)集氣管壓力的變化：偏差和偏差變化率，根據(jù)液偶調速慢的特點，適當?shù)胤峙浯蠡亓髋c液偶的調節(jié)量。由于液偶調速電機處于工藝主管路，因此，調節(jié)它非常敏感，而且工藝上不允許長時間頻繁地調節(jié)液力偶合器，因此，在時間分配上，它所占的調節(jié)量較小，并且通過限幅輸出，把主要時間分配在四個集氣管和大回流的聯(lián)合控制上，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。
集氣管壓力變化的特點是：瞬態(tài)變化大，調節(jié)時互相產(chǎn)生耦合，本控制算法設計有一個解耦算法，可減少或耦合，以保證各個單回路系統(tǒng)能獨立地工作，該控制算法采用經(jīng)典控制理論與離散控制理論相結合的方法，經(jīng)典控制方法在動態(tài)響應及靜差方面具有優(yōu)越性，離散控制則使經(jīng)典控制法適時地“有效”或“禁止”。
 
聯(lián)鎖方案
報警、聯(lián)鎖和停車系統(tǒng)是為提高工藝生產(chǎn)裝置的安全性而設置的特殊程序，本控制系統(tǒng)將聯(lián)鎖控制分為三個部分：
冷鼓工段聯(lián)鎖控制、鼓風機聯(lián)鎖控制、鼓風機油泵聯(lián)鎖控制
控制效果分析
影響集氣管壓力的因素是多樣的，諸如裝煤、平煤、推焦和交換機換向等，當這些因素暫時不存在時，焦爐工藝系統(tǒng)較為穩(wěn)定。當工藝系統(tǒng)處于裝煤、平煤、推煤或換向機換向等情況中的一種或幾種時，系統(tǒng)會出現(xiàn)波動期，控制曲線呈現(xiàn)脈沖狀，這是因為控制系統(tǒng)在迅速響應，將其壓力往給定值方向上調整，經(jīng)過數(shù)次調節(jié)，系統(tǒng)再次進入穩(wěn)定期，周而復始。
從控制效果圖中可以看到，帶變頻的控制效果要優(yōu)于帶大回流調節(jié)閥的情況，原因是顯而易見的，在變頻器控制下的電機調節(jié)動態(tài)性能要好于調節(jié)閥，然而，設計的百萬噸級的冷鼓系統(tǒng)都采用了通過液力偶合器進行調速的鼓風機，其調速性能則慢得多，而且工藝上并不允許對此進行頻繁調節(jié)，因此，采用大回流調節(jié)閥參與集氣管壓力調節(jié)則是目前的一種合理選擇。在目前這兩種控制結構下，其穩(wěn)定期的控制偏差范圍是±20Pa；波動期的偏差控制范圍是±50Pa。
脫硫、硫回收、硫氨及洗苯脫苯.
工藝概述：
回收主要包括硫銨、脫硫及硫回收、洗苯脫苯工段。
硫銨的工藝流程是將剩余通過預熱、分離，反應生成液體硫銨，硫銨液經(jīng)結晶、干燥后包裝。
脫硫及硫回收的工藝流程是脫硫液和溶液在脫硫塔中進行反應將硫分離出來，然后溶液進入再生塔再生。
洗苯脫苯的工藝流程是貧富油經(jīng)洗苯塔清洗后進入脫苯塔，利用溫度的不同產(chǎn)生輕苯油水和重苯油水，經(jīng)油水分離器進行分離。
脫硫及硫回收工段主要有三個控制回路：進脫硫塔B溶液流量調節(jié)、進再生塔溶液流量調節(jié)和進再生塔B空氣流量調節(jié)，采用常規(guī)的PID控制。
洗苯脫苯工段主要有兩個控制回路和一個聯(lián)鎖控制：出管式爐富油溫度調節(jié)和脫苯塔出口油汽溫度調節(jié)。
聯(lián)鎖控制是當入管式加熱爐的煤氣壓力小于2.0kPa的時候，切斷入管式爐的煤氣，等到其煤氣壓力高于2.0kPa的時候，再打開入管式爐的煤氣。
這里采用內環(huán)為出管式爐過熱蒸氣流量的串級調節(jié)，以減少蒸汽壓動的干擾。
脫苯塔出口油氣溫度調節(jié)采用內環(huán)為出管式爐過熱蒸氣流量的串級調節(jié)，以減少蒸汽壓動的干擾。
另外實際生產(chǎn)過程中，蒸汽壓力會有可能大于脫苯塔可承受的壓力，為保護塔體，在串級調節(jié)中增加一個切換，當塔內壓力大于某一值的時候，改為以塔壓作為調節(jié)對象。
蒸氨
工藝概述
蒸氨工段主要完成對來自于煉焦配合煤中的剩余進行蒸餾的過程。
控制方案
XC：為選擇控制，用于控制蒸氨塔溫度壓力，其選擇變量是蒸氨塔塔頂溫度T和蒸汽壓力P，在合適的壓力范圍內，以溫度調節(jié)為主，否則就切換到壓力調節(jié)上，以確保塔的安全。
PC1和PC2：為分程調節(jié)，其判定變量為蒸氨塔頂部逸出的混合氣體的壓力，在壓力區(qū)間P1（低）的情況下，混合氣體被送往氨分解爐，在壓力區(qū)間P2（高）的情況下，混合氣體則直接用于尾氣吸收。
FC1和FC2，空氣流量與煤氣流量的比值控制，在氨分解爐中，為了使氨分解過程正常進行，要保持空氣流量和煤氣流量的合適比值，以保證燃燒過程的經(jīng)濟性和安全性。
精制
工藝概述
是由多種有機物組成的復雜混合物，主要成分是苯及其同系物、及苯等。精制過程就是通過化學的方法將中的不飽和化合物、硫化物等除去，然后用蒸餾方法將苯類產(chǎn)品分離出來的過程。
在連續(xù)式精制過程中，比較常見的工藝是五塔蒸餾方式
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