自动化控制在兰炭煤化工安全生产工艺中的应用

丁丽

（新疆湘润新材料科技有限公司,新疆 哈密 839000）

0 引言

为提升煤化工行业的自动化水平和煤炭加工效率，缓解煤炭加工与安全生产和环境保护之间的矛盾，促进健康持续的发展，近年来煤化工企业都在努力实施自动化控制解决方案[1]，专为生产焦炭、煤焦油、氨水、粗苯等煤化工企业量身定制。

1 兰炭煤焦化生产过程自动化控制应用

兰炭煤焦化生产过程主要包括:炭化炉生产工艺控制、煤气净化装置设备控制、关键设备联锁保护、检测设施控制、自动化装车及石油化工罐区计量管理等系统。采用集中离散DCS 控制系统和PLC 控制系统相配套的措施，与就地仪表相结合的方式，对生产过程进行监控，实现了数据的采集、显示、调节、报警、联锁、记录以及控制等。操作人员可根据工艺参数的变化实时对主要参数如温度、压力、流量、液位、氧含量等进行调控，以达到安全生产和控制产品质量目的。

2 根据兰炭生产工艺流程设置主要控制和监测方案

1）备煤和出焦系统：原料上煤系统和出焦输送阀门根据上料量和配比以及出焦量设置间歇时间自动化控制器，采用变频调节并与手动控制相结合，应对突发堵料和异常工况下及时控制停车；输送皮带运行状态实现远传控制和显示，就地红外线视频监控人员巡检情况，避免“三违”行为发生。

2）炼焦系统：炭化炉、煤气净化系统的设备及管道采用自动监控系统控制温度、压力、流量、液位等参数。包括炭化炉各部位炉内温度T、炉顶煤气压力P、煤气流量L 设置就地和远传显示并设定报警限值；煤气风机开关状态A/O 和炉顶压力P 实现PID调节控制风量。

3) 煤气净化系统：炭化炉出口煤气管道安装氧含量在线检测仪，设定氧含量两级报警限制，与煤气出口切断阀实现自动联锁，防止煤气管道泄漏后氧含量超限而造成爆炸危险，同时管道压力P 设置就地和远传显示并设定报警限值。煤气净化系统设置相应的煤气放散取样装置，在启停炉时实现就地取样进行防爆实验，与在线含氧量分析仪进行比对，防止开停车时管道吹扫、置换过程中含氧量超标燃爆而引起爆炸。煤气风机启停采用变频调速PLC 控制系统，风机启停开关A/O、润滑油油温T 油位V 设置就地和远传显示并设定报警限值，与风机启停开关实现自动联锁，防止设备出现异常故障。在电捕焦油器入口管道安装激光氧含量检测仪，实时检测氧含量O；同时将煤气氧含量O、电捕焦油器内绝缘箱温度T、进出电捕焦油器煤气温度T、压力P 设定高低限两级报警，与电捕焦油器启停开关A/O 实现自动联锁。

4）煤焦油罐区：液位V 设高、低液位两级报警限值，防止危化品外溢事故。

5）煤气罐区：所有涉及危化品的储存装置内温度、压力、液位设两级报警限值，同时将储罐液位V 与煤气出口压力调节阀实现自动联锁。

6）所有工艺循环水系统压力P、温度T、启停开关A/O 设置就地和远传显示。

7）控制室必须位于爆炸区域外。

3 检测仪表选型和电缆及仪表安装

1）仪表选型：T 就地温度指示仪表可以选用双金属温度计，远传温度检测仪表可以选用隔爆铂热电阻（Pt100）、隔爆热电偶（K 型）；P 就地压力指示仪表可以选用全不锈钢的压力表、隔膜压力表、耐震压力表；远传压力检测仪表可以选用智能压力变送器、智能差压变送器；需要报警或联锁的压力检测仪表可以选用压力开关；现场需要简单压力调节的选用自力式压力调节阀；L 现场指示流量仪表可以选用金属管浮子流量计、质量流量计或转子流量计等，远传实现监控显示；V 液位检测仪表可以选用智能浮筒液位计、双法兰液位变送器、液位开关、智能差压变送器、雷达液位计等。

现场相关仪表选用本质安全仪表（防爆等级：ia ⅡBT4 级）。个别仪表没有本质安全型，则选用隔爆型仪表（防爆等级：d ⅡBT4 级）[2]。

2）仪表电缆及安装：根据危险区域等级的不同，采用常规控制屏蔽电缆或阻燃控制屏蔽电缆，采用架空或直埋敷设，穿镀锌钢管保护，保护套管与仪表采用挠性管密闭连接，防爆接线箱与电缆用防爆密封接头密封防爆。接线箱和挠性管要适用于相应的危险区域等级，从接线箱到控制室采用金属防腐、防锈电缆桥架，从接线箱到现场仪表采用镀锌钢管，仪表和接线箱均采用挠性连接管。信号电缆屏蔽层在控制侧接地。本安型控制电缆与非本安型分开敷设或进行有效的隔离。

4 仪表及其测量管线伴热、保温和供配电源

在南北方不同环境温度下，有冻结、冷凝、结晶、析出等现象产生的物料的测量管线和检测仪表采取电伴热保温；仪表的控制系统电源为双回路自动切换的独立供电回路，电压等级为380 V，三相，50 Hz。在外部电源故障期间，控制系统和现场仪表由不间断电源（UPS）供电，UPS 提供后备电源（电池组），容量为6 kVA，能保证系统及仪表正常工作时间不小于30 min，切换时间≤5 ms。

5 人工智能监控

根据生产实际需要设置控制室。主要设有DCS（PLC）控制柜和监控报警终端显示器。控制室及在线连续式自动氧含量分析室设在爆炸区域以外的安全区域，并将可燃气体检测系统接入该DCS 系统中。分别设置操作员和工程师控制站，采用主机和从机配套使用进行计算机控制。

6 自动化控制实施效果

首先炼焦系统炉顶压力、温度；煤气压力、流量、温度显示、报警稳定正常，保证了炭化炉的安全操作和工艺调节；其次出焦系统的传动设备变频调节器自动调节、报警系统运行正常，保证了设备的正常使用和定期维护；再次煤气加压风机、空气风机采用变频调节器，根据炉顶压力情况实现自动控制，设置了远传显示、报警系统，实现了煤气系统控制住安全压力范围内；煤气净化系统的电捕焦油器、煤气加压风机系统、氧分析仪系统之间也采用自动显示、联锁报警装置，在保证安全的前提下，为电捕正常运行提供了可靠条件；另外煤气储存装置煤气柜，远传显示气柜容积大小、高度，操作人员随时调节管道压力和阀门开度大小；煤气输送系统采用自动压力调节阀，对于管道的压力、流量、温度进行实时控制、调节，及时、准确的调整，以保证煤气输送管道正常运行，煤气下游用户正常用气。

7 需要进一步优化的问题

由于受半尾焦炉生产工艺条件局限，部分上煤系统阀门自动化控制与炉顶压力的工况没有能够实现全自动化，需要人工调节阀门和上料，此方面需要以后逐步改进；另外出焦放料系统安装了变频器调节，并由远传计算机监控，减少了人工的劳动强度，但是还是没有实现无人操作；煤气风机的压力自动调节装置在日常的运行过程中不能实现完全的PID 自调功能。

8 结束语

自动化控制从本质上解决了煤化工生产安全问题，减少了人员配置，降低了劳动强度，提高了生产效率[1]。但也仍存人员配备不齐、自动化相关技术人员素质参差不齐、员工认识不到位等现象，许多生产工艺系统自身也有部分弊端，影响了智能控制功能的充分发挥，需要进一步优化完整，才能真正做到安全稳定运行。