金瑞化工年产两万吨特戊酸项目-自动控制及安全仪表系统
2023-09-26 14:18:38
论文总字数：15533字
摘 要
特戊酸在常温下为有特殊性气味的白色晶体，是重要的化工原料，被广泛运用于医药、农药、引发剂、涂料和香料等方面。本项目以年产量两万吨特戊酸为背景，通过对离心泵、换热器、压缩机、反应器和精馏塔等设备的自动控制来调整反应过程中的一些变量，使其稳定在反应所需范围内，从而实现整个生产过程安全、稳定、高效的运行。针对可能会发生的一些危急情况，设计了一套紧急停车系统，最大化的保证了人员及设备的安全。关键词：特戊酸，白色晶体，自动控制，安全
Abstract：Pivalic acid is a white crystal with a special odor at normal temperature. Pivalic acid is an important chemical raw material, which is widely used in medicine, pesticides, initiators, coatings and spices. This project is based on the production of 20,000 tons of pivalic acid per year. Adjust some variables in the reaction process by automatically controlling the equipment such as centrifugal pump, heat exchanger, compressor, reactor and rectification tower to stabilize it within the required range of reaction. To ensure safe, stable and efficient operation of the entire production process. An emergency parking system has been designed to ensure the safety of personnel and equipment in response to some critical situations that may occur.
Keywords：Pivalic acid, White crystal, Automatic control, Security
目 录
1 前言 3
1.1 设计依据 3
2 自动控制系统 3
2.1 集散控制系统 3
2.2 可编程逻辑控制系统 4
2.3 现场总线控制系统 4
2.4 紧急停车系统 4
2.5 自动控制系统的确定 5
3 仪表的选用 5
3.1 仪表的选用原则 5
3.2 主要仪表的选用 5
3.3 仪表电源 6
3.4 仪表气源 7
4 设备控制方案 7
4.1 离心泵 7
4.2 换热器 8
4.3 储罐 9
4.4 反应器 11
4.5 压缩机 12
4.6 精馏塔 14
4.7 复杂控制方案 16
5 紧急停车系统 18
6 安全仪表系统（SIS） 20
6.1 简介 20
6.2 SIS设计 21
6.3 危险和风险分析 21
结论 23
参考文献 24
致 谢 25
1 前言
随着科技的进步与发展，自动化控制是生活生产过程必不可少的系统。自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行[1]。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制仪表是化工生产装置的监控设备，是确保连续安全运行的重要手段。自控设计不仅要有合理的控制方案和正确的测量方法，还需根据工艺数据正确选择自动化仪表为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工生产，大多数是连续性生产，各设备相互关联着，当其中某一设备的工艺条件发生变化时，都可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离了正常的工艺条件，为此，就需要用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统[2]。
1.1 设计依据
表1 设计依据
名称 | 标准号 |
《自动化仪表选型设计规定》 | HG/T 20507-2000 |
《化工厂初步设计文件内容深度规定》 | HG/T 20688-2000 |
《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号》 | HG/T 20505-2000 |
《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》 | GB 2625-1981 |
《管道仪表流程图上的物料代号和缩写词》 | HG 20559.5-93 |
《管道等级号及管道材料等级表》 | HG 20519.38-1992 |
《管道仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号》 | HG 20559.6-1993 |
《仪表符号和标志》 | SHBZ 02-1995 |
《管道仪表流程图设备位号》 | HG 20559.7-93 |
2 自动控制系统
2.1 集散控制系统
DCS（Distributed Control System），本意是分布式控制系统或分散型控制系统，国内称为集散控制系统。
其设计思想是“危险分散、集中管理”，用来对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令，以实现DCS系统的分散控制与集中管理。 |
DCS控制系统之所以在化工生产中有着广泛的应用，关键在于它有如下的特点：
（1）采用智能技术； |
（2）采用分级递阶结构； |
（3）具有丰富的功能软件包； |
（4）采用局部网络通信技术； |
（5）具有强大的人机接口功能； |
（6）采用高可靠性技术。 |
2.2 可编程逻辑控制系统
PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 |
PLC的最大特点在于通过重新编程即可改变控制方式和逻辑规律，使其成为灵活的控制工具，在报警、连锁、马达自动开停定时计数、安全保护事故切断、顺序操作、配料、批量控制、根据约束条件进行平况的选定和切断等逻辑在控制领域得到广泛的应用。 |
2.3 现场总线控制系统
FCS（Fieldbus Control System），即现场总线控制系统，实现了现场总线计数与智能仪表管控一体化，在主要控制器上采用带芯片处理器的智能仪表。 |
通过使用现场总线，可以大量减少现场接线。用单个现场仪表可实现多变量通信，不同生产装置间可以完全交互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。 |
2.4 紧急停车系统
紧急停车系统（Emergency ShutDown Device）称ESD系统，它是为防止生产装置发生故障引发人身伤亡或设备损坏导致装置重大事故而设置的安全保护装置[3]。所以ESD系统是保障化工过程安全的最后一道屏障，是工业装置控制系统中重要的组成部分，是DCS、PLC、或FCS的重要补充部分。它大量处理的是逻辑信号，进行一系列的逻辑判断，一旦工艺过程出现异常，该装置将执行相应的逻辑程序，使相关设备处于安全状态，或进行气体置换，或采取措施终止化学反应，以阻止工艺过程[3]。
2.5 自动控制系统的确定
本设计选用的是DCS控制系统，系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散，整个系统的可利用率至少为99.9％；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。 |
3 仪表的选用
3.1 仪表的选用原则
仪表的选用一般遵循以下原则：
(1)现场仪表是采集工艺参数的主要工具，是确保自动控制系统正常运行和科学管理的重要基础保证，因此应选用符合工艺控制精度、灵敏度要求的高性能智能型仪表[4]。 (2)为节约人力成本，减少维护强度，应选用高稳定性、免维护或低者维护的智能仪表[4]。 剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15533字
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