冷凍機組自動化改造在氯氣液化工藝中的應用
返回列表發布日期：2019-10-10 10:52:40 |
摘 要: 文章介紹了如何在現有設備和工藝條件下，在氯氣液化工藝中增加自動控制功能，提高自動化水平，實現人員的減少和效率的提高。
內蒙古蘭太鈉業有限公司( 以下簡稱“公司”)利用低溫低壓法進行氯氣的液化。目前，保障螺桿氟冷液化機組安全運行的保護連鎖只有油溫高溫停機保護、排氣壓力高壓停機保護。保障螺桿氟冷液化機組高效運行的方法有: 人工適時調節冷凍溫度或液氯尾氣閥以提高液化效率; 人工適時調節機組內制冷劑的循環量來控制機組的制冷量; 人工適時調節循環水閥控制油溫，人工適時調節油位。因此，為了加強氯氣安全生產管理，歸檔重要設備參數，盡量降低操作員對設備的誤操作，氯氣液化工藝的自動化改造勢在必行。
1 需要實現的控制功能統計
公司各專業人員積極參與，與第三方進行現場勘查和充分溝通后，確定了以下九項需要實現的控制功能。這些功能主要是冷凍機油溫自動控制功能、設備停機后自動回收制冷劑功能、冷凍機自動加載與卸載控制功能、冷凍機重要參數顯示、預報警、報警功能、遠程開停機功能、重要數據歸檔功能、根據壓縮機吸氣壓力自動控制儲氟罐往蒸發器供液功能、增加高壓儲氟罐液位信號遠程功能。要實現上述功能需增加一臺 PLC 機柜，將油溫、油壓等模擬量信號進行采集，機組現場控制柜上加裝觸摸屏用于現場控制與參數顯示，監控室加裝上位機安裝冷凍機機組組態程序，將原手動調節閥更換為電動調節閥或電磁閥等工作。
2 功能控制描述
2． 1 冷凍機油溫自動控制功能
將原油冷凝器循環水進口閥門更換為電動調節閥，在機頭部位加裝溫度探頭 T3。當設備運行后通過油溫 T3 對電動調節閥進行閉環控制，使電動調節閥能夠隨著油溫的變化自動調整開關度。此功能達到后可代替人工調節循環水閥。閉環控制性能如下: ( 1) 可選擇自動與手動控制; ( 2) 自動控制設定控制目標值; ( 3) 設定自動控制目標正反作用; ( 4)設定自動控制目標限制最小/最大開度值; ( 5) 手動控制根據要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節; ( 6) 自動調節閥現場可以用手輪調節，安裝在進口管手動閥的出口端。
2． 2 冷凍機吸氣壓力與電子膨脹閥自動控制功能
及設備停機后自動回收制冷劑功能
在儲氟罐往蒸發器供氟利昂的主管道上加裝旁通冷媒球閥，主管道上加裝電子膨脹閥，與壓縮機吸氣壓力實現閉環控制。當設備運行時，旁通冷媒球閥保持常閉狀態，電子膨脹閥隨著吸氣壓力的變化調節開關度，自動控制儲氟罐往蒸發器供液量的大小，實現目標自動調節。此功能達到后可代替人工調節機組內制冷劑的循環量，詳情如下: ( 1) 可選擇自動與手動控制; ( 2) 自動控制設定控制目標值; ( 3) 設定自動控制目標正反作用; ( 4) 設定自動控制目標限制最小/最大開度值; ( 5) 手動控制根據要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節; ( 6) 電子膨脹閥與現場手動閥并聯安裝。在設備停機時可在遠程端或就地端選擇制冷劑回收，系統會根據特定程序對冷凍機進行制冷劑回收程序，當回收成功后冷凍機會自動進行停機。
2． 3 冷凍機自動加載與卸載控制功能
將原能量調節閥( 四通換向閥) 上的手動閥更換為電磁閥，根據壓縮機吸氣溫度 T2 對能量調節電磁閥進行自動能量調節，可在現場觸摸屏或后臺上位機上選擇自動加卸載或手動加卸載。此功能達到后可代替人工調節機組加卸載。
2． 4 冷凍機重要參數顯示、預報警、報警功能由于冷凍機排氣溫度、儲氟器液位、冷凍機排氣壓力、冷凍機吸氣溫度、冷凍機吸氣壓力、冷凍機油溫溫度、冷凍機油壓壓差、冷卻循環水溫度等參數已接入 DCS，可通過更換一進二出信號隔離柵或新裝探頭等措施，上傳至 PLC 模塊內轉換為數字信號，通過光纖上傳至上位機。組態內容包含冷卻循環水壓力報警提示、報警停機。參數自動記錄、參數自動報表等功能。在控制柜內加裝電流互感器，將信號上傳，實現冷凍機電流遠程顯示，編程內增加排氣壓力高報警停車功能。
2． 5 遠程開停機功能
實現遠程停機功能，在崗位操作臺上加裝急停按鈕( 硬件連接控制) ，以應對突發情況。
2． 6 將儲氟器液位顯示實現遠程顯示功能
將儲氟器原玻璃管液位計更換為磁翻柱液位計，將4 mA ～ 20 mA 信號接入PLC模擬量模塊AE08，實現儲氟罐液位的遠程顯示功能，代替人工現場巡檢工作。
2． 7 所有工藝參數實現聲光報警功能
冷凍機原有的保護不拆除，實現硬件與軟件雙重保護?？刂乒癫捎?UPS 供電，確保在全廠停電的狀態下，電動閥可關閉。
3 改造實施
從施工方案的編制評審、儀表控制線路的布設、儀表閥的安裝調試、系統編程到系統的接線調試，歷經緊張的一個月時間，完成了改造工程的現場實施。主要畫面提供: 生產控制———冷凍機操作參數顯示，數據查詢———歷史數據曲線，操作說明———重要操作說明資料，系統設置———權限分配和時鐘設置，輸入輸出檢查———檢查 CPU 的工作情況、模擬量斷線、短路自我檢查，參數設置———模擬量量程、模擬量修正、報警參數設置、維護保養時間設置，曲線查詢———模擬量每時每刻的監控曲線，便于查詢系統性能，故障查詢———傳感器斷( 短) 路、設備故障、溫度壓力預報警或報警、維護保養，操作權限分配———操作員、維修員、工程師、主管，以及打印系統參數及畫面。
4 結束語
在前期的改造實施和調試后，經過兩個月的試運行和跟蹤驗證，氯氣液化系統運行穩定，各項工藝指標均優于改造前。通過氯氣液化工藝的自動化改造，克服了改造前存在的人工調節頻繁、液化機組運行效率低、運行維護成本高等缺點，為企業的減員增效和安全生產奠定了工藝基礎。
內蒙古蘭太鈉業有限公司( 以下簡稱“公司”)利用低溫低壓法進行氯氣的液化。目前，保障螺桿氟冷液化機組安全運行的保護連鎖只有油溫高溫停機保護、排氣壓力高壓停機保護。保障螺桿氟冷液化機組高效運行的方法有: 人工適時調節冷凍溫度或液氯尾氣閥以提高液化效率; 人工適時調節機組內制冷劑的循環量來控制機組的制冷量; 人工適時調節循環水閥控制油溫，人工適時調節油位。因此，為了加強氯氣安全生產管理，歸檔重要設備參數，盡量降低操作員對設備的誤操作，氯氣液化工藝的自動化改造勢在必行。
1 需要實現的控制功能統計
公司各專業人員積極參與，與第三方進行現場勘查和充分溝通后，確定了以下九項需要實現的控制功能。這些功能主要是冷凍機油溫自動控制功能、設備停機后自動回收制冷劑功能、冷凍機自動加載與卸載控制功能、冷凍機重要參數顯示、預報警、報警功能、遠程開停機功能、重要數據歸檔功能、根據壓縮機吸氣壓力自動控制儲氟罐往蒸發器供液功能、增加高壓儲氟罐液位信號遠程功能。要實現上述功能需增加一臺 PLC 機柜，將油溫、油壓等模擬量信號進行采集，機組現場控制柜上加裝觸摸屏用于現場控制與參數顯示，監控室加裝上位機安裝冷凍機機組組態程序，將原手動調節閥更換為電動調節閥或電磁閥等工作。
2 功能控制描述
2． 1 冷凍機油溫自動控制功能
將原油冷凝器循環水進口閥門更換為電動調節閥，在機頭部位加裝溫度探頭 T3。當設備運行后通過油溫 T3 對電動調節閥進行閉環控制，使電動調節閥能夠隨著油溫的變化自動調整開關度。此功能達到后可代替人工調節循環水閥。閉環控制性能如下: ( 1) 可選擇自動與手動控制; ( 2) 自動控制設定控制目標值; ( 3) 設定自動控制目標正反作用; ( 4)設定自動控制目標限制最小/最大開度值; ( 5) 手動控制根據要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節; ( 6) 自動調節閥現場可以用手輪調節，安裝在進口管手動閥的出口端。
2． 2 冷凍機吸氣壓力與電子膨脹閥自動控制功能
及設備停機后自動回收制冷劑功能
在儲氟罐往蒸發器供氟利昂的主管道上加裝旁通冷媒球閥，主管道上加裝電子膨脹閥，與壓縮機吸氣壓力實現閉環控制。當設備運行時，旁通冷媒球閥保持常閉狀態，電子膨脹閥隨著吸氣壓力的變化調節開關度，自動控制儲氟罐往蒸發器供液量的大小，實現目標自動調節。此功能達到后可代替人工調節機組內制冷劑的循環量，詳情如下: ( 1) 可選擇自動與手動控制; ( 2) 自動控制設定控制目標值; ( 3) 設定自動控制目標正反作用; ( 4) 設定自動控制目標限制最小/最大開度值; ( 5) 手動控制根據要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節; ( 6) 電子膨脹閥與現場手動閥并聯安裝。在設備停機時可在遠程端或就地端選擇制冷劑回收，系統會根據特定程序對冷凍機進行制冷劑回收程序，當回收成功后冷凍機會自動進行停機。
2． 3 冷凍機自動加載與卸載控制功能
將原能量調節閥( 四通換向閥) 上的手動閥更換為電磁閥，根據壓縮機吸氣溫度 T2 對能量調節電磁閥進行自動能量調節，可在現場觸摸屏或后臺上位機上選擇自動加卸載或手動加卸載。此功能達到后可代替人工調節機組加卸載。
2． 4 冷凍機重要參數顯示、預報警、報警功能由于冷凍機排氣溫度、儲氟器液位、冷凍機排氣壓力、冷凍機吸氣溫度、冷凍機吸氣壓力、冷凍機油溫溫度、冷凍機油壓壓差、冷卻循環水溫度等參數已接入 DCS，可通過更換一進二出信號隔離柵或新裝探頭等措施，上傳至 PLC 模塊內轉換為數字信號，通過光纖上傳至上位機。組態內容包含冷卻循環水壓力報警提示、報警停機。參數自動記錄、參數自動報表等功能。在控制柜內加裝電流互感器，將信號上傳，實現冷凍機電流遠程顯示，編程內增加排氣壓力高報警停車功能。
2． 5 遠程開停機功能
實現遠程停機功能，在崗位操作臺上加裝急停按鈕( 硬件連接控制) ，以應對突發情況。
2． 6 將儲氟器液位顯示實現遠程顯示功能
將儲氟器原玻璃管液位計更換為磁翻柱液位計，將4 mA ～ 20 mA 信號接入PLC模擬量模塊AE08，實現儲氟罐液位的遠程顯示功能，代替人工現場巡檢工作。
2． 7 所有工藝參數實現聲光報警功能
冷凍機原有的保護不拆除，實現硬件與軟件雙重保護?？刂乒癫捎?UPS 供電，確保在全廠停電的狀態下，電動閥可關閉。
3 改造實施
從施工方案的編制評審、儀表控制線路的布設、儀表閥的安裝調試、系統編程到系統的接線調試，歷經緊張的一個月時間，完成了改造工程的現場實施。主要畫面提供: 生產控制———冷凍機操作參數顯示，數據查詢———歷史數據曲線，操作說明———重要操作說明資料，系統設置———權限分配和時鐘設置，輸入輸出檢查———檢查 CPU 的工作情況、模擬量斷線、短路自我檢查，參數設置———模擬量量程、模擬量修正、報警參數設置、維護保養時間設置，曲線查詢———模擬量每時每刻的監控曲線，便于查詢系統性能，故障查詢———傳感器斷( 短) 路、設備故障、溫度壓力預報警或報警、維護保養，操作權限分配———操作員、維修員、工程師、主管，以及打印系統參數及畫面。
4 結束語
在前期的改造實施和調試后，經過兩個月的試運行和跟蹤驗證，氯氣液化系統運行穩定，各項工藝指標均優于改造前。通過氯氣液化工藝的自動化改造，克服了改造前存在的人工調節頻繁、液化機組運行效率低、運行維護成本高等缺點，為企業的減員增效和安全生產奠定了工藝基礎。
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