基于MES系统的全厂水质在线监测技改实践

陶卫君

(中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依，834003)

随着中石油克拉玛依石化有限责任公司(以下简称克拉玛依石化公司)炼油加工规模的不断扩大，炼油及辅助装置不断增加，全厂水系统越来越复杂。由于各类介质泄漏和互窜导致水质污染事故也频繁发生，近几年曾发生过几次严重水质污染事故，给装置安全运行带来重大隐患。

改造前克拉玛依石化公司全厂所有的水质监督，包括各炼油装置、热电厂、甲醇厂所有炉水、蒸汽、除盐水、除氧水、给水和冷凝水等，均是通过人工取样分析完成的。介质互窜导致水质污染事故的频繁发生也使得人工取样分析反应滞后、不能及时发现水质污染的弊端越来越凸显。因此亟需完善全厂各类水质的实时在线监测功能，提高水质监控的自动化程度和可靠性[1-2]。

1 全厂水质在线监测技改方案

1.1 在线监测仪表取样方式

在线监测仪表的取样方式一般分为集中取样和分散取样两种。集中取样，即将所有需要检测的介质通过取样管集中引到一间分析室，通过分析室内设置的取样设施对介质进行降温降压处理，再接入装有在线监测仪表的流通池中，最终排入下水系统。在线仪表在流通池中对采集的水样进行检测，检测数据集中进入专门的分布式控制系统(DCS)。分散取样，即将取样设施布置在原有取样点附近，对监测介质进行降温降压处理后或者直接进行检测，检测数据就近接入进入所属装置的DCS系统。由于克拉玛依石化公司此次全厂水质在线监测改造涉及面广，热电厂、各炼油装置、甲醇厂取样点分散，若采用集中取样方式，需要投入的成本比较高，因此此次全厂水质在线监测改造采用分散取样方式。

1.2 在线监测仪表选型

在线监测仪表选型基于以下原则：技术先进、性能可靠、使用方便、易于维护、经济性好。在爆炸危险场所仪表选用本安型，防爆等级不低于iaⅡCT4。根据热电厂化学车间500 t/h水处理装置及生产回水装置水质在线监测仪表使用的经验来看，国产在线分析仪表在测量准确度、运行稳定性、使用故障率及日常维护量等方面与国外知名品牌相比还是有很大的差距，为保证在线监测仪表的使用效果，本次在线电导率表、pH表均选用进口产品ROSEMOUNT 1056型工业电导率/pH表。

1.3 在线监测仪表安装方式

在线监测仪表安装方式分为：(1)流通浸入式安装方式，取样时利用新增取样设施，检测电极安装在流通池内；(2)管道插入式安装方式，检测电极在管线上直接插入安装。管道插入式安装方式无需新增取样冷却设施，安装简单，但是监测的水样温度、压力必须符合在线监测仪表的适用温度和压力范围。选用的ROSEMOUNT 1056型工业电导率/pH表可以在0～160 ℃，0～4.0 MPa的介质操作条件下正常工作，此次全厂除盐水、冷凝水、疏水的温度和压力均符合在线监测仪表的适用温度、压力范围。因此，对全厂除盐水、冷凝水、疏水采用了管道直接插入式安装。加热炉炉水因其温度和压力都超出在线监测仪表所能承受的最大范围，因此采用新增取样冷却设施，先对炉水样品降温降压，再在流通池内以浸入式安装检测电极对其进行监测。

1.4 在线监测控制系统

在全厂水质在线监测控制系统的设计方案中，考虑到此次需要安装在线监测仪表涉及的面广点散的实际情况，全厂水质在线监测控制系统充分利用了热电厂、炼油装置、甲醇厂各个装置现有的DCS系统，以及全厂的制造执行系统(MES)。即通过先在各个装置分散取样，水质在线监测数据就近接入各装置DCS系统，再将数据上传到MES系统，在MES系统实现对所有在线仪表监测数据的实时监控。该设计思路仅仅通过在现有的DCS和MES两个系统之间增加通信设备，就可以实现与集中取样监测数据进入专门的DCS系统相同的功能，大大减少投资成本。而且今后可以根据需要，随时增加新的在线监测数据，系统可以灵活扩展。

2 全厂水质在线监测技改实施内容

2.1 在线监测仪表安装

水质在线监测仪表安装主要包括热电厂、各炼油装置和甲醇厂，共计安装在线监测仪表22台。其中全厂冷凝水、除盐水、疏水在线监测仪表采用管道插入式安装，甲醇厂炉水在线仪表采用流通浸入式安装方式。

2.2 取样设备安装

由于甲醇厂加热炉顶部来炉水温度为250 ℃左右，压力为3.5～4.3 MPa，在线仪表不能直接对高温高压的炉水样品进行监测，需要先通过取样设备对炉水样品进行降温降压处理，然后再进行在线监测。炉水取样设备的安装主要包括过滤、冷却器和流通池。炉水取样流程从现有取样器阀门开始，经过过滤器、两级冷却器，进入流通池，最后排入下水道。

2.3 在线监测控制系统安装调试

本次安装的所有水质在线监测仪表的数据信号分别就近接入热电厂锅炉、汽机、化学装置、各炼油装置、甲醇厂制氢装置DCS系统。所有在线监测仪表在DCS系统调试正常后，再将水质在线监测数据信号从所在装置的DCS系统上传到全厂MES系统，实现了在线仪表监测数据实时上传，所有装置通过DCS或者MES系统可以实时掌握自己装置内监测的各类水质情况。热电厂化学车间通过MES系统可以实时掌握热电厂、炼油装置、甲醇厂全部22个监测点的水质情况。一旦某个监测点的水质数据出现异常，可以及时通知装置切出系统，避免系统水质受到污染，进而避免因系统水质污染导致的安全生产事故。

3 全厂水质在线监测技改实施效果

(1)全厂水质在线监测系统投入使用后，对热电厂、炼油装置、甲醇厂的加热炉炉水、冷凝水、除盐水、疏水等水质监测起到了较好的作用，尤其是对全厂冷凝水水质在线监测效果显著。2016年全年在线仪表监测到冷凝水水质异常11次，其中有3次冷凝水电导率严重超标，1次冷凝水中严重窜油。全厂水质在线监测系统均在第一时间发现水质异常，相关装置能够及时停止往冷凝水系统母管回水，从源头将污染源与冷凝水系统隔离，避免受污染的不合格冷凝水进入锅炉、加热炉给水系统，造成严重的水质污染事故。

(2)有效减少全厂冷凝水系统因水质污染产生的放空损失，相应增加全厂冷凝水回收量。2016年冷凝水量回收量比2015年增加62 kt，节能效果显著，产生了较好的经济效益。

(3)人工分析频次大大减少，全厂水质在线监测系统投入运行后，人工分析主要用于在线监测仪表的定期比对和标定，有效缓解了全厂水质分析人员紧张的矛盾。

4 结论

(1)克拉玛依石化公司实施的基于MES系统的全厂水质在线监测技改项目，创造性地采用了分散取样、管道插入式安装方式，在线监测数据就近接入各装置DCS系统，再上传到全厂MES系统的方式，实现了对全厂所有水质的在线实时监控。该方案可以减少取样冷却设施，节省投资成本，而且系统可以灵活扩展，今后可以根据需要，随时增加新的在线监测数据。

(2)全厂水质在线监测系统投入使用后，有效提高了全厂水质监测的可靠性，避免严重水质污染事故的发生，同时有效减少了不合格冷凝水放空损失，增加冷凝水回收量，取得了较好的经济效益。

[1] 曹杰玉，张昔国，刘玮.电厂电导率表在线检验技术的研究与应用[J].热力发电,2006(12):49-51.

[2] 曹杰玉，宋敬霞.火电厂水汽化学监督的技术关键及其对节能降耗的影响[J].中国电力,2011,44(7):61-65.