【正文】 用比例 微分控制。 濃縮液流量單回路控制系統(tǒng) 所需工作流量特性 應(yīng)選理想流量特性 線性 等百分比 等百分比 等百分比 快開 線性 19 濃縮液流量是生產(chǎn)過程中具有傳播性質(zhì)的參量，通過流體的流動，將生產(chǎn)單元有效的銜接起來。因此對于一些重要的流量參數(shù)，通常需要 進行控制，以保證生產(chǎn)的平衡性。由于濃縮液的流量可以波動，除此之外沒有其他擾動，因此選用單回路控制系統(tǒng)，且對濃縮液流量進行控制時，被控變量和操作變量都是濃縮液的流量。 二、控制閥選型 根據(jù)閥門開閉形式的選擇原則：發(fā)生故障時必須保證生產(chǎn)安全；降低原料、成品、動力損耗等，當發(fā)生故障的時候，為了節(jié)約保證濃縮液濃度，應(yīng)該將濃縮液流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所以濃縮液出料流量調(diào)節(jié)閥門為氣開閥。 三、 控制器正反作用選定 在濃縮液出料流量控制回路中，流量調(diào)節(jié)閥為氣開閥，符號為“正”；當流量調(diào)節(jié)閥開大時，濃縮液流量會增加，所以流量對象的符號為“正”；變送器的符號為“正”；偏差環(huán)節(jié)的符號為 “負”； 20 為了保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證該系統(tǒng)的反饋為負反饋，即該控制系統(tǒng)中各組成部分的符號之積為“負”，所以濃縮液流量控制器為正作用控制器。由于時間常數(shù)很小，其控制通道基本上是一個放大系數(shù)接近于 1 的放大環(huán)節(jié)。此時組成的系統(tǒng)可控性較差，且頻率較高，所以控制器的比例度必須放得大些。有時可在變送器和控制器間接入反微分器，以提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 因為生產(chǎn)工藝對進料流量的穩(wěn)定性要求較高，為減小穩(wěn)態(tài)誤差，控制器應(yīng)該具有積分作用，所以濃縮液出料流量控制器采用 PI 控制器。 二、控制方案 濃縮液組分是質(zhì)量指標，然而，在蒸發(fā)器工程 中，濃縮液組分無法在線測量和分析，因此不能直接選取質(zhì)量指標作為被控變量。由于過熱蒸汽流量直接決定蒸發(fā)器溫度，可以通過控制過熱蒸汽流量來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度。在該控制系統(tǒng)中，蒸發(fā)器溫度控制回路為串級控制系統(tǒng)的主回路。 三、控制器正 反作用的確定 在串級控制系統(tǒng)中控制器正反作用的確定采取“先副后主”的判斷過程。在串級控制系統(tǒng)中，副回路是隨動控制系統(tǒng)，所以整個副回路的符號為“正”：溫度對象以及測量變送裝置的符號均為“正”，偏差環(huán)節(jié)的符號為“負”：根據(jù)整個回路必須構(gòu)成負反饋的原則可以得出，主控制器為 正作用 控制器。副回路是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值隨主控制 器的輸出的變化而變化，為了能快速跟蹤，副控制器最好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢。 從控制任務(wù)上看，主回路是一個定值控制系統(tǒng)，主控制器起定值控制作用。因此主控制回路采用 PID 控制。對于過熱蒸汽流量控制回路，當發(fā)生故障時，閥門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以應(yīng)選擇氣開式。 六、參數(shù)整定步驟 （ 1）斷開主回路，閉合副回路，整定流量控制器的參數(shù)，按照 PID 參數(shù)整定方法，整定出 P 參數(shù)，使流量能夠滿足隨動系統(tǒng)快速、準確的要求。 （ 3）主、副回路閉合，主回路參數(shù)不變的情況下，在調(diào)整副回路的參數(shù)。 PID 參數(shù)整定列表 P 控制器 將比例帶放在較大位置，逐步減小，觀察被控量的過渡過程曲線， 直到曲線滿意為止。 PID 控制器 將 Td 置為 0，按 PI 控制器的方法整定 PI 值。 蒸發(fā)器液位 稀液流量串級控制 一、主副回路設(shè)計 在生產(chǎn)過程中，液位的波動會引起蒸發(fā)室溫度和壓力的的波動在生產(chǎn)過程中是不允許的。 對蒸發(fā)器液位有影響主要是稀液的進料流量和濃縮液的出口流量。如圖 所示，為蒸發(fā)器液位 稀液流量串級控制方案。而輸入量的設(shè)定值 R1(s)代表的是蒸發(fā)器的液位為蒸發(fā)器總液位高度的 80%； R2(s)為稀液流量控制器的設(shè)定值；E1(s)和 E2(s)分別是主回路和副回路的偏差量； Z1(s)和 Z2(s)分別是主回路和副回路的反饋量； D1(s)和 D2(s)分別是主被控量和副被控量的擾動； Y1（ s）為系統(tǒng)的輸出量。為了讓液位控制無余差且考慮到液位滯后不是很嚴重，所以蒸發(fā)器液位控制也采用 PI控制。所以稀液流量副控制器為反作用。）（副回路177。）（主變送器177?？梢源_定主控制器也為反作用。其二是投運過程必須保證無擾動切換，以保證生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。手動調(diào)節(jié) FV1201 開度，當液位接近 80％時，將副回路投入自動。按照 PID 參數(shù)整定的方法，整定出 P、I的參數(shù)，是流量能夠滿足隨動系統(tǒng)快速、準確的要求。 25 蒸發(fā)器蒸發(fā)系統(tǒng)綜合控制方案表 表 22 BPCS 控制回路匯總 控制回路 被控變量 操縱變 量 控制器正反作用 控制器執(zhí)行規(guī)律 執(zhí)行機構(gòu)開閉形式 執(zhí)行機構(gòu)流量特性 濃縮液流量單回路控制 生成濃縮液流量 生成濃縮液流量 正 PI 氣開閥 等百分比 蒸發(fā)器溫度 過熱蒸汽流量串級控制 蒸發(fā)器溫度 過熱蒸汽流量 主正，副正 主 PID，副 P 氣開閥 等百分比 蒸發(fā)器液位 稀液流量串級控制 蒸發(fā)器液位 稀液流量 主負，副負 主 PI，副 PI 氣開閥 等百分比 開車順序控制 開車過程需要綜合考慮生產(chǎn)安全、節(jié)能、環(huán)保等多方面因素，并且通過反復(fù)實踐才能得 出最優(yōu)的開車步驟。 正常工作下的蒸發(fā)器裝置，節(jié)能就是要提 高蒸發(fā)器的效率，即減少蒸發(fā)器的熱損失，并且要充分利用原料。如果二次蒸汽控制閥的開度越大，則熱損失越嚴重，但要是二次蒸汽的開度不足夠大，則會出現(xiàn)安全隱患。對于原料，主要有過 27 熱蒸汽和稀液兩種，合理控制流量和蒸發(fā)器的溫度、壓力，變可以實現(xiàn)原料的高效利用。比如當熱交換不充分情況下，二次蒸汽不再是單 純的水蒸汽；當控制不完善使得濃縮液的濃度不符合要求，則會出現(xiàn)液體污染；當出現(xiàn)安全隱患發(fā)生控制過程中的安全問題時，稀液沒有經(jīng)過充分熱交換而直接通過冷凝水出口流出污染環(huán)境。 蒸發(fā)器控制方案設(shè)計中的節(jié)能減排 在設(shè)計控制方案時，要充分考慮節(jié)能減排 的要求，以 達到節(jié)能減排的目的。針對于在該系統(tǒng)中的減排控制，我們秉承安全、合理控制的原則進行悉心設(shè)計，由于系統(tǒng)本身比較環(huán)保和綠色，因此只要能實現(xiàn)準確控制，則不會出現(xiàn)排放污染的問題。大多數(shù)化工過程要求信號報警、安全儀表系統(tǒng)采用失效安全的原則，使設(shè)備在特定的故障發(fā)生時轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。安全相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計原則如下： （ 1）信號報警、聯(lián)鎖點的設(shè)置，動作設(shè)定值以及調(diào)整范圍必須符合生產(chǎn)工藝的要求； （ 2）在滿足安全生產(chǎn)的前提下，應(yīng)當盡量選擇線路簡單、元器件數(shù)量少的方案； 28 （ 3）安全相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)當安裝在振動小、灰塵少、無腐蝕氣體、無電磁干擾的場所 ； （ 4）應(yīng)用 DCS 和 PLC 時，可采用經(jīng)權(quán)威機構(gòu)認證的 DCS/PLC 來構(gòu)造安全相關(guān)系統(tǒng)； （ 5）安全相關(guān)系統(tǒng)中安裝在危險場所的檢出裝置、執(zhí)行器、按鈕、信號燈、開關(guān)等應(yīng)當 符合所在場所的防爆、防火要求； （ 6）安全相關(guān)系統(tǒng)的供電要求與一般儀表供電等級相同，為保證重要安全儀表系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作，應(yīng)當為其配備不間斷電源。 安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計步驟 本方案首先通過對被控對象進行安全分析，確定系統(tǒng)中包含哪些危險隱患，再設(shè)計 相應(yīng)的安全相關(guān)系統(tǒng)，在滿足安全生產(chǎn)需要的前提下保證安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計的合理性和經(jīng)濟性。 目 的 ： 定 義 可接 受 的 風(fēng) 險 水平目 的 ： 識 別 系統(tǒng) 中 所 有 潛 在可 能 事 件 鏈目 的 ： 針 對 每一 事 件 鏈 ， 分析 保 護 措 施 充足 與 否目 的 ： 審 查 所 有不 可 接 受 的 風(fēng) 險是 否 已 受 到 防 護工 具 ： 風(fēng) 險 矩 陣工 具 ： H A Z O P 工 具 ： L O P A 工 具 ： 人 工定 義 風(fēng) 險 等 級 識 別 潛 在 風(fēng) 險 校 核 防 護 層 設(shè) 計 結(jié) 論 審 查 圖 安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計步驟 第一步：定義風(fēng)險等級 在生產(chǎn)裝置中引進安全防護手段，其作用是為了將風(fēng)險減低到企業(yè)可接受的水平。 由于石化生產(chǎn)裝置的復(fù)雜性導(dǎo)致了潛在風(fēng)險數(shù)目極大，不可能對所有的風(fēng)險都采取措施。只有將風(fēng)險等級進行明確的定義和劃分后，才能以此為衡量指標，在眾多的潛在風(fēng)險中找到必須要解決的關(guān)鍵風(fēng)險。只有在獲得所有可能的潛在風(fēng)險的基礎(chǔ)上，才能對裝置進行充分、完整地防護層設(shè)計與校核。如果不能 滿足要求，則需要引入新的防護措施，并對引入新的防護措施后的風(fēng)險降低程度重新進行計算。如若不然，回到第三步重新進行防護層校核與設(shè)計。 30 圖 蒸發(fā)器裝置風(fēng)險矩陣 風(fēng)險矩陣的行代表風(fēng)險發(fā)生的頻率，列代表風(fēng)險發(fā)生所導(dǎo)致的后果的嚴重程度，矩陣中每一個元素代表某個風(fēng)險發(fā)生時，其后果是否可以接受，如果不能接受或需要審查，則需要進行防護層的校核和安全相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計。 表 23 蒸發(fā)器風(fēng)險發(fā)生的頻率等級 頻率等級 發(fā)生次數(shù) 1 1000年 1次 2 100年 1次 3 10年 1次 4 1年 1次 5 1年 10次 表 24 蒸發(fā)器風(fēng)險發(fā)生所導(dǎo)致的后果嚴重等級度 后果 1 2 3 4 5 1 無危害 可接受 可接受 待審查 待審查 2 可接受 可接受 待審查 待審查 待審查 3 可接受 待審查 待審查 待審查 不可接受 4 待審查 待審查 待審查 不可接受 不可接受 5 待審查 待審查 不可接 受 不可接受 不可接受 31 后果等級 后果嚴重程度 1 人員：無傷害，無時間損失 公眾：無傷害、危險 環(huán)境：不會帶來工作場所和環(huán)境危害 設(shè)備：估計損失低于 1萬元 2 人員：很小的傷害或無傷害，無時間損失 公眾：無傷害、危險 環(huán)境：不會受到通告或違反允許條件 設(shè)備：很小的設(shè)施損害，估計損失低于 10萬元 3 人員： 1人受到傷害，不是特別嚴重，可能會損失時間 公眾：因氣味或噪聲引起公眾抱怨 環(huán)境：受到通告或違反允許條件 設(shè)備：有些設(shè)施 受到損害，估計損失大于 10萬元 4 人員： 1人或多人嚴重受傷 公眾： 1人或多人受傷 環(huán)境：重大泄漏，給工作場所外帶來嚴重影響 設(shè)備：生產(chǎn)過程設(shè)施受到損害，估計損失大于 50萬元 5 人員：人員死亡或永久性失去勞動能力的傷害 公眾： 1人或多人嚴重受傷 環(huán)境：重大泄漏，給工作場所帶來嚴重環(huán)境影響，導(dǎo)致直接或潛在的健康危害 設(shè)備：生產(chǎn)設(shè)施嚴重或全部損害，估計損失大于 100萬元 表 25 蒸發(fā)器事故風(fēng)險等級 風(fēng)險等級 說明 無危害 不需要采取行動 可 接受 可選擇性的采取行動，需評估可選擇的方案 待審查 選擇合適的時機采取行動，通知公司管理部門 不可接受 立即采取行動，通知公司管理部門 裝置中所有潛在的事故風(fēng)險，都需要用風(fēng)險矩陣進行核查。 二、蒸發(fā)器風(fēng)險辨識 下面采用國際公認的石化行業(yè)最佳的風(fēng)險識別方法 —— 危險與可操作性分析（ Hazard and 32 Operability Analysis， HAZOP）方法，對加熱爐裝 置進行風(fēng)險識別。 下面結(jié)合蒸發(fā)器 SDG 模型來進行危險與可操作性分析。 F V 1 1 0 5開 度F I 1 1 0 5T I 1 2 0 1P I 1 2 0 1F V 1 2 0 1 閥 后 壓 力F I 1 2 0 1F V 1 2 0 1 開 度L I 1 2 0 1A I 1 2 0 1F V 1 2 0 1 開度稀 液 蒸 發(fā) 量F I 1 2 0 3蒸 發(fā) 器上 部 汽相 組 分F V 1 2 0 2閥 前 壓力F V 1 2 0 2RT I 1 2 0 3RCRCR粘 性 物 質(zhì) 長 時間 積 累C 圖 210 蒸發(fā)器 SDGHAZOP模型 該模型蘊含了 62 條關(guān)于事故原因和不利后果之間的因果關(guān)系鏈，下面針對如下幾種情況進行具 33 體分析。 （ 1） 二次蒸汽管道爆炸 如圖 ，蒸發(fā)器溫度越高，由于金屬的導(dǎo)熱性比較良好，使得二次蒸汽管道溫度迅速上升，到一定情況后會發(fā)生爆裂。與之相應(yīng)的 HAZOP 結(jié)論如表 26所示。）和使二次蒸汽管道溫度驟升的因素（如管道本身的生產(chǎn)故障或是因長時間使用導(dǎo)致的質(zhì)量的下降等）。 （ 2）進料中斷或及進料量過少 如圖 進料中斷會導(dǎo)致蒸發(fā)器溫度急劇升高而可能使二次蒸汽管道發(fā)生爆裂。與之相應(yīng)的 HAZOP 結(jié)論如表 27所示。）和使稀液流量驟減的因素（如蒸發(fā)器溫度和壓力過大的反作用使流入量驟降）； AI1201 為蒸發(fā)器內(nèi)濃縮