制氢装置仪表控制系统的设计与优化

摘要

伴随着国内炼油技术水平的不断进步，对环境保护要求的提高，今后中国炼油工业加氢工艺还会有很大的发展空间，所以石油化工企业对制氢装置的建设和扩能需求量还会有大发展。烃类水蒸气转化制氢仍是未来炼厂制氢的基本工艺选择。
　　制氢装置中的水碳比控制、变压吸附控制、转换炉燃烧是组成炼油生产工艺流程的重要环节，是轻烃蒸汽转换制氢过程中提高氢纯度、延长催化剂寿命、节约能源、资源的主要控制方案。所以，高水平的自动化控制能实现使制氢装置生产过程中工艺参数的连续性、控制的稳定可靠性。
　　我国烃类制氢和国外综合水平还有差距，制氢综合能耗还较高。主要原因:设备质量不过关，仪表控制水平不高，操作难度大经验不足，制氢装置由于原料组成波动常常使水碳比不准、PSA吸附时间难以确定;但实际上不少安全联锁逻辑程序设计不合理导致非计划开停车较多也是制氢能耗较高。
　　本文在深度研究分析轻烃蒸汽转化制氢工艺流程的基础上，应用现代先进的仪表控制技术，设计出制氢装置控制系统的主要回路的控制方案包括变压吸附、水碳比控制、汽包液位三冲量控制系统、转换炉温度控制和安全生产联锁保护等，并根据制氢装置运行经验对关键控制进行优化;利用DCS控制系统强大的运算控制能力，FOXBORO公司提供的先进PID控制算法达到理想的控制效果，从而达到降能减耗的目的。在检测主要的控制参数、计量水、蒸汽、风等公共能源，与紧急停车的安全联锁相关的温度、压力、流量、液位等参数时根据工况条件及工艺数据，正确的选择国内外成熟技术的自动化仪表。针对水碳比控制不稳，增加进口在线分析仪表，精准测量混合原料气组成，及准确分析碳含量，以便精确控制水碳比及燃烧的瓦斯量，达到明显的节能效果。通过优化变压吸附部分吸附时间的调整方式，提高了产品纯度及回收率。
　　最后根据生产实际情况，结合生产需求对系统进行优化改进，利用I/A系统和TRICON系统实现了制氢装置的自动化控制与安全保护。通过对优化后运行装置的耗能数据采集、比较，装置达到最终节能降耗的控制目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 现代炼化企业控制系统现状

1．3 本论文研究的目的和意义

1．4 本论文主要研究的内容

第二章 制氢装置的工艺流程与控制目标分析

2．1 制氢装置的生产工艺流程简述

2．2 工艺参数调整控制

2．3 制氢装置自动控制系统控制目标分析

2．4 本章小结

第二章 制氢装置控制系统的总体设计

3．1 制氢装置仪表控制系统设计总体原则

3．2 现场检测仪表选型设计

3．3 简单控制回路的构成及控制原理

3．4 制氢装置主要控制目标采用的控制方案

3．5 安全联锁方案的设计

3．6 本章小结

第四章 利用I／A和TRICON系列产品对控制系统的实现

4．1 I／A控制系统概述

4．2 Mesh控制网

4．3 I／A Series硬件配置

4．4 系统各部分硬件功能

4．5 SIS系统的硬件结构

4．6 本章小结

第五章 控制系统软件设计

5．1 制氢装置控制系统的软件运行环境

5．2 I／A Series软件及系统功能

5．3 I／A Series通信接口

5．4 系统控制器算法及参数整定

5．5 安全仪表系统SIS软件及功能

5．6 本章小结

第六章 制氢装置控制系统的优化

6．1 系统需要优化问题的提出

6．2 制氢装置系统进行优化的设计方案

6．3 系统进行优化后运行情况说明

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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