【導(dǎo)讀】安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的最佳流程的整套空氣分離裝置。本文是基于中原石化的空氣分離裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的。壓縮機(jī)組均采用DCS自動(dòng)控制，壓縮機(jī)只配備必要的現(xiàn)場(chǎng)儀表、探頭和傳感器，系統(tǒng)）控制整個(gè)機(jī)組，以充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)的功能和優(yōu)勢(shì)。口和出口壓力的變化自動(dòng)補(bǔ)償并動(dòng)態(tài)顯示。操作工對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況（工作點(diǎn)位。而且，歷史趨勢(shì)記錄功能極強(qiáng)，便于分析起動(dòng)過(guò)程和故障，實(shí)時(shí)修改?？刂茀?shù)或控制方案。的流量控制方法，最終實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用空氣分離設(shè)備制取氧、氬、氮的設(shè)計(jì)要求。

　　

【正文】 塊結(jié)構(gòu) 圖 流量控制儀表在 CENTUM CS3000 測(cè)試狀態(tài)下的畫面 采用 流量控制，必須綜合考慮廠方的計(jì)量要求、流量計(jì)用途、溫度、壓力變送器的成本等因素。對(duì)于計(jì)量用的則一定要采用溫壓補(bǔ)償措施，并選好、選對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式及配套的溫度壓力變送器的精度，并進(jìn)行正確、合理、 認(rèn)真的設(shè)置和調(diào)校。 在孔板式流量?jī)x表控制中，各個(gè)儀表控制塊如圖 46 所示 流量控制 23 圖 46 孔板式流量?jī)x表 在渦流式流量?jī)x表控制中，各個(gè)儀表控制塊如圖 47 所示 圖 47 渦流式流量?jī)x表 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 TI101 測(cè)量點(diǎn)的溫度顯示儀表； PIC101 測(cè)量點(diǎn)的壓力顯示儀表； FIC101RW測(cè)量點(diǎn)的流量顯示儀表； FIC101TP 是經(jīng)過(guò)溫壓補(bǔ)償塊（ TPCFL）計(jì)算后的理論流量值； FIC101 是實(shí)際控制閥的流量值的顯示儀表。 TI701 測(cè)量點(diǎn)的溫度顯示儀表； PI701 測(cè)量點(diǎn)的壓力顯示儀表； FIC701RW 測(cè)量點(diǎn)的流量顯示儀表； FIC701TP 是經(jīng)過(guò)溫壓補(bǔ)償塊（ CALCU）計(jì)算后的理論流量值； FIC101 是實(shí)際控制閥的流量值的顯示儀表。 在流量測(cè)量中 ,溫度、壓力是隨實(shí)際工況波動(dòng)的 ,溫度、壓力的波動(dòng)對(duì)流體的體積有影響 ,使實(shí)際測(cè)量值有偏離。 所以，實(shí)際測(cè)量的流量值是一個(gè)變化的數(shù)值，而在實(shí)際的操作中，不能因?yàn)榧?xì)小的變化就更改閥位，這樣不僅會(huì)造成控制閥的更換周期變短，也會(huì)降低生產(chǎn)效率。因而， CENTUM CS3000 控制系統(tǒng)采用給予設(shè)定值（ SV）的變化范圍， 當(dāng)測(cè)量值（ PV）變化在限定范圍內(nèi)時(shí) ，控制閥位不會(huì)改變，當(dāng)其超出設(shè)定范圍時(shí)，就會(huì)根據(jù)兩者的偏差 值（ MV）對(duì)控制閥進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得測(cè)量值回歸到變化范圍內(nèi)。 這樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得工藝流程更加通暢，也降低了操作員的工作量及控制閥的更換周期。 本章小結(jié) 本章闡述了流量控制的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)控制閥類型，選用 CENTUM CS3000不同的控制方案來(lái)達(dá)到廠方的控制要求。 工廠驗(yàn)收測(cè)試 25 5 工廠驗(yàn)收測(cè)試 經(jīng)過(guò) FAT(Factory Acceptance Test, 工廠驗(yàn)收測(cè)試 )驗(yàn)證 CENTUM CS3000是否 可以順利的自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)顯示、流程顯示、趨勢(shì)記錄、報(bào)警管理、報(bào)表打印、順序控制、安全連鎖等功能，以 確保整套裝置從開(kāi)車到停車過(guò)程的安全。 系統(tǒng)檢查 系統(tǒng)啟動(dòng) 目的 : 此項(xiàng)檢查的目的主要是確保所有的硬件在從“?！钡健斑\(yùn)行”狀態(tài)切換時(shí)，都能自動(dòng)的啟動(dòng)。 方法： 1） 單個(gè)為部分硬件或整個(gè)系統(tǒng)硬件斷電。 2） 單個(gè)為部分硬件送電。 CPU 的后備功能檢測(cè) 目的： 現(xiàn)場(chǎng)控制站的雙重化的 CPU 具有相互后備的功能，在正常運(yùn)行中，它們中有一個(gè)在工作，而另一個(gè)保持后備狀態(tài)。處于后備狀態(tài)的 CPU 的內(nèi)容也在同步地進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。 方法： 此項(xiàng)測(cè)試的目的主要是驗(yàn)證當(dāng)工作的 CPU 發(fā)生故障后， 熱后備 CPU 可以立即工作，而且所有的控制參數(shù)與切換前相同，控制不間斷。 步驟： 1） 通過(guò)切斷電源停止正在工作的 CPU； 2） 在 ICS 上查看系統(tǒng)報(bào)警信息。 NODE 電源雙重化檢查 目標(biāo)： 每個(gè) NODE 插槽的雙重化電源卡為每個(gè)插槽中的插件箱、 I/O 卡提供了雙重化的電源，此項(xiàng)檢測(cè)的目的主要是為了驗(yàn)證，一塊電源卡的故障不致影響對(duì)插件箱、 I/O 卡件的供電。 方法： 1） 拔掉一個(gè) NODE 插卡電源卡的插頭； 2） 在操作站的畫面上查看系統(tǒng)報(bào)警信息。 評(píng)判： 1） 另外一塊電源卡將 馬上進(jìn)入正常工作狀態(tài)； 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 2） 每個(gè) I/O 卡上的“ ready”燈仍保持“ ON”狀態(tài)。 站間通訊總線雙重化功能的測(cè)試 目標(biāo)： 站間通訊總線主要來(lái)實(shí)現(xiàn)操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的通訊，也可實(shí)現(xiàn)控制站與控制站之間的通訊。因此，一根總線的通訊失敗不致使系統(tǒng)中其余部分受到影響。此項(xiàng)測(cè)試的主要目的就是為了驗(yàn)證，一根總線的通訊失敗不會(huì)影響正常的高速實(shí)時(shí)通訊。 方法： 1） 切斷一根通訊總線； 2） 再將其接通后，用同樣的方式切斷第二根總線，如步驟 1； 3） 在操作站上檢查系統(tǒng)報(bào)警信息。 評(píng)判： 操作站仍可以不間斷地與控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并監(jiān)視這些數(shù)據(jù)。 顯示器、打印機(jī)、彩拷機(jī)等的功能切換 目標(biāo)： 如果需要的話，可以在操作站上定義 CRT、打印機(jī)、彩拷機(jī)。那么定義這些設(shè)備的操作站就叫做這些設(shè)備的主操作站。當(dāng)主操作站出現(xiàn)故障以后，這些CRT、打印機(jī)或彩拷機(jī)可以通過(guò)手動(dòng)切換到支持它們的副站上。此測(cè)試的主要目的是為了按照預(yù)期的定義切換 CRT 打印機(jī)或彩拷機(jī)。 方法： 1） 手動(dòng)改變操作站、打印機(jī)、彩拷機(jī)上選擇開(kāi)關(guān)的位置； 2） 驗(yàn)證 CRT、打印機(jī)、彩拷機(jī)被切換到其它操作站。 評(píng) 判： 操作站（另一站）的 CRT、打印機(jī)、彩拷機(jī)的功能可以正常實(shí)現(xiàn)。 控制站應(yīng)用功能檢查 通道測(cè)試 由外部對(duì)不同的 I/O 卡件進(jìn)行加電壓、電流、電阻或 MV等信號(hào)，檢測(cè)輸入通道、儀表指示值，并操作回路輸出值進(jìn)行輸出通道檢測(cè)。檢測(cè)開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道。檢查內(nèi)容詳見(jiàn) I/O 清單。 （ 1） DI 點(diǎn)的測(cè)試：拿一根短接線在數(shù)字量端子板（如圖 所示）上短接兩個(gè)接口，操作站上對(duì)應(yīng)通道的數(shù)字量表的 OFF 會(huì)至為 ON 狀態(tài)，即為正常狀態(tài)。 （ 2） DO 點(diǎn)的測(cè)試：把操作站的數(shù)字量的表調(diào)用出來(lái)，把 OFF 至為 ON的狀態(tài)，用萬(wàn)用表的電壓檔來(lái)測(cè) 量對(duì)應(yīng)通道的端子板上的點(diǎn)是否有 24V 電壓，如工廠驗(yàn)收測(cè)試 27 果有即為正常狀態(tài)。 （ 3） AI點(diǎn)的測(cè)試：用一個(gè)信號(hào)發(fā)生器給模擬量端子板上的點(diǎn)分別給 4mA、12mA、 20mA的電流，在操作站對(duì)應(yīng)通道的模擬量得儀表分別會(huì)顯示 %、100%， 如果有即為正常狀態(tài)。 （ 4） AO點(diǎn)的測(cè)試：在操作站上調(diào)用出相應(yīng)的儀表，分別給 MV值 %、100%開(kāi)度，用萬(wàn)用表的電流檔來(lái)測(cè)量對(duì)應(yīng)通道的模擬量端子板上的點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng) 4mA、 12mA、 20mA，如果有即為正常狀態(tài)。 圖 數(shù)字量端子板 反饋控制 反饋回路測(cè)試可使用無(wú)線測(cè)試軟件包。參 考需方提供的設(shè)計(jì)資料。 順序邏輯控制 順序邏輯控制測(cè)試可使用無(wú)線測(cè)試軟件包。檢查內(nèi)容詳見(jiàn)出廠測(cè)試驗(yàn)收方案。參考需方提供的設(shè)計(jì)資料。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 結(jié)束語(yǔ) 29 6 結(jié)束語(yǔ) 此次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是： 基于 DCS控制系統(tǒng)的空氣分離裝置 。其基本原理是：將空氣分離裝置的過(guò)程通過(guò)應(yīng)用 CENTUM CS3000軟件進(jìn)行繪圖和組態(tài)，并在 CS3000的測(cè)試狀態(tài)下，通過(guò)調(diào)試， 模擬演示空氣分離裝置 利用多塔低精餾工藝 ， 從經(jīng)過(guò)分子篩吸附器 的 壓縮空氣 （ 除去所含的雜質(zhì)，包括水、 CO碳?xì)浠衔锏?） 中制取高純度的氧、氮、氬產(chǎn) 品 的過(guò)程。 針對(duì)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外工業(yè)氣體市場(chǎng)及用戶的需求，各制造企業(yè)都致力于選擇具有安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的最佳流程的整套空氣分離裝置。 大中型空氣分離裝置，氧、氮的產(chǎn)品產(chǎn)量大于 5000NM3/h，選用全低壓空分裝置；產(chǎn)品產(chǎn)量低于 5000NM3/h的小型空氣分離裝置，可根據(jù)所需產(chǎn)品的具體要求，選擇變壓吸附、膜分離或全低壓低溫精餾工藝。 大型空氣分離裝置，應(yīng)用于煉鋼、冶金或石油化工行業(yè)，要求氧產(chǎn)品壓力低于 ，可選用全低壓外壓縮工藝流程；要求氧的產(chǎn)品壓力高于 ，宜采用全低壓內(nèi)壓縮工藝流程，利于提高裝置 的安全性。 小型空氣分離裝置，如果需要連續(xù)生產(chǎn)雙高氧、氮產(chǎn)品，或需求產(chǎn)品純度范圍大，則宜采用變壓吸附或膜分離工藝。 需求液態(tài)氧、氮或氬產(chǎn)品，采用全低壓低溫精餾工藝可滿足要求。如果液態(tài)產(chǎn)品的提取量占用氧的產(chǎn)品的比例高于 8%，宜選用全低壓內(nèi)壓縮工藝；液態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)量小于 8%氣態(tài)氧的產(chǎn)量，選用全低壓外壓縮工藝較為經(jīng)濟(jì)。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 致謝 31 致 謝 經(jīng)過(guò) 幾個(gè)月 的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免 有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一 起工作的 同事們 的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在此我要感謝我的指導(dǎo)教師 — 郭霞、楊忠強(qiáng)，在他們的悉心指導(dǎo)下，我完成了 空氣分離裝置 學(xué)習(xí)工作。在橫河電機(jī)（中國(guó)）有限公司西安分公司做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師和同事們給予我極大的支持與關(guān)心。在我困難的時(shí)候他們一直支持我，幫我分析解決難題，使我克服了困難，順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此我向他們表示衷心感謝。除此之外我還要感謝我大學(xué)里的所有老師，沒(méi)有他們的教育也就沒(méi)有我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 參考文獻(xiàn) 33 參考文獻(xiàn) [1] 施仁， 劉文江，鄭輯光 .自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制 .第三版 .電子工業(yè)出版社 .2020。 [2] 王常力，羅安 .分布式控制系統(tǒng)（ DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例 .電子工業(yè)出版社 .2020。 [3]劉震 .天津鋼鐵有限公司 28000NM3/H 空分裝置氮壓機(jī)組 DCS 自動(dòng)控制 .中國(guó)空網(wǎng) .2020。 [4]王樹(shù)青 .集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ DCS） .浙江大學(xué)出版社 .2020。 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