智能控制技术在PSA制氢装置中的应用.pdf

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1、第52卷第4期2016年8月石油化工自动化AUT0Ⅳ【ATl0NINPETRO-CHEMICALINDUSTRYV01．52，No．4August，2016智能控制技术在PSA制氢装置中的应用刘潭(中国石油玉门油田分公司炼油化工总厂，甘肃酒泉735200)摘要：详细介绍了制氢工艺过程中变压吸附(PSA)技术的操作流程，采用I／ASeries控制系统应用于PSA制氢装置，设计变压吸附自动控制过程方案，并阐述了该系统的功能及控制方案实现方法。实践证明，智能控制技术在PSA制氢装置中的成功投用，优化了控制过程，取得了良好

2、收益，实现了系统安全运行。关键词：PSA变压吸附技术DCS切塔关键仪表自动控制中图分类号：TP273文献标志码：B文章编号：1007—7324(2016)04—0065—03中国石油玉门油田炼油化工总厂700kt／a柴油加氢装置及配套制氢项目顺利投产，控制系统发挥了重要的作用。变压吸附(PSA)制氢装置控制的成功投用，为该厂柴油升级项目的顺利进行提供了可靠的原料来源保证。PSA是分离气体混合物的一项技术，即在较高压力下进行吸附，在较低压力(甚至真空状态)下使吸附的组分解吸出来，使吸附剂再生出来得以循环使用。由于变压

3、吸附循环周期一般较短，吸附热来不及散失，可供解吸用，吸附热和解吸热引起的床层温度变化很小，可以近似看作等温过程。变压吸附过程是利用吸附剂特性来实现吸附与解吸的，吸附剂在高杂质压下大量吸附原料气中需脱除的某些杂质组分，然后降低杂质的分压使杂质得以解吸，即变压吸附工作状态是在一条吸附等温线上变化。1控制过程该厂制氢装置采用PSA制氢法，控制过程涉及的控制阀门较多，操作时间连续，控制方案复杂，工艺控制过程主要包括吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、均升、终升。只有准确控制每个点，才能在安全、平稳的前提下提高氢气的收率，满足生产

4、要求。控制过程如图1所示。2控制系统该厂PSA制氢控制系统采用Foxboro公司I／ASeries控制系统，该系统最大特点是软件、硬件和通信系统都广泛采用开放型标准设计，硬件品种少，可靠性高，组态灵活。硬件主要包括：工程站(AW站)、操作员站(WP站)、控制站(CP站)。主要软件包括：1)IACC系统数据库组态软件，完成控制系统数据库组态(回路定义、控制方案生成)，回路下载与上载管理，在线数据管理等。2)系统定义软件，完成控制系统监视硬件组态生成，主要应用于工程师站、操作站的安装。3)系统硬件管理软件，主要用于监视

5、系统硬件运行情况，对控制系统网络状况及硬件进行软监视和操作管理，完成故障定位，硬件的更换和复位工作。4)流程图组态软件。5)历史数据组态与管理软件。2．1系统功能依据变压吸附氢提纯单元的控制要求，该单元控制系统采用1套控制系统，并以此为核心构成全部控制与管理功能。1)先进的PSA专用软件在某个吸附塔出现故障时，可自动、无扰动地将故障塔切除，转入10塔、9塔、8塔、7塔、6塔运行操作，从而实现装置的在线检修。操作人员可以根据系统提示随时确认切换切塔操作，完成设备应急检修任务，大幅提高了装置运行的可靠性。2)关键的升压

6、过程和逆放过程采用了智能的自适应调节控制模式，可保证吸附塔的压力变化过程自动接近于理想压力曲线，该功能可保证吸附、解吸过程的平稳，降低管道气流噪音。3)控制软件包可自动实现吸附时间的优化，自动在保证产品合格的情况下提高氢气回收率。4)控制系统对所有动力设备和工艺设备进行统一监控，操作简便，并具有完善的产品质量联锁和安全联锁功能。稿件收到日期：2016—02—25，修改稿收到日期：2016—05—17。作者简介：刘潭(1971一)，男，甘肃镇原人，1993年毕业于西北轻工业学院(现陕西科技大学)计算机自动化专业，获学

7、士学位，现就职于中国石油玉门油田分公司炼油化工总厂，从事石油化工自动化工作，任工程师。石油化工自动化第52卷图1PSA制氢装置控制过程示意2．2控制方案实现方法1)基本控制功能和原理。该装置的吸附与分离过程均依赖于程控阀门的开关实现切换，因而程控阀门的开关控制是该装置最重要的控制部分，控制过程示意如图2所示。王茎茎塾图2程控阀开关控制过程示意2)控制基本要求。DCS根据工艺要求制订出顺控程序，按一定的时间顺序将24V(DC)开关信号送至电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成程控阀的气压信号，驱动程控阀门按程序开

8、、关。同时，程控阀门将其开、关状态通过位置传感器反馈给DCS，用于状态显示和监控，并通过与输出信号的对比实现阀门故障的判断与报警。对于正常运行的吸附塔，程控阀门是禁止手动操作的，即此时手动操作功能无效；在某个吸附塔被切除后，可以手动操作开关该吸附塔的程控阀；公共程控阀只有在PSA运行程序处于停止状态时，才能进行手动操作；在手动操作子窗口下，手动操作该阀门，经