姜秀英,李駪,高潔,李濱

(1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300402;2.華夏銀行,天津 300208;3.天津聯(lián)維乙烯有限公司,天津 300271)

1 引言

有機化工生產(chǎn)過程中常產(chǎn)生低濃度苯類有機廢氣,這一類污染物主要包括苯、甲苯、二甲苯等。我國已制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),因此對該類有機廢氣必須進行有效的控制與治理。本文將探討利用JX-300XP DCS集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)某苯廢氣處理裝置的典型控制過程,實現(xiàn)中控室的遠程啟停車;點火裝置的連鎖控制;燃燒爐向廢熱爐自動轉(zhuǎn)換,該系統(tǒng)的使用降低了苯廢氣排放量,使處理過程更加完善,檢測結(jié)果完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)?？刂埔?。

2 廢氣處理要求

1)處理要求。國家標(biāo)準(zhǔn)最高的允許排放濃度為17 mg/m3,凈化后廢氣中苯的最高排放濃度為8 mg/m3。

2)工藝流程。迄今對于含苯廢氣的處理,比較成熟且較常用的方法是催化氧化法,圖1是某廢氣處理裝置的工藝流程圖。

圖1 某廢氣處理裝置的工藝流程Fig.1 Progress of waste gas treatment equipment

用1臺風(fēng)機將苯廢氣送入處理系統(tǒng)。苯廢氣經(jīng)過換熱器進行加熱升溫至200～230℃后,與空氣混合經(jīng)燃燒爐加熱,在氧化反應(yīng)器中,在貴金屬催化劑的作用下,進行催化氧化反應(yīng),將有害的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。凈化的已符合排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500℃氣體,經(jīng)廢熱爐回收反應(yīng)熱,一方面進入氧化器加熱進料尾氣使正常運行過程中無需附加燃料,減低運行成本;另一方面將廢熱爐回收熱量產(chǎn)生的蒸汽與廠內(nèi)公用工程并網(wǎng),為下游產(chǎn)品供熱;其余的廢氣經(jīng)熱交換器通過煙囪排入大氣。此工藝采用催化氧化法處理廢氣,具有無二次污染、尾氣處理徹底的特點。

3 系統(tǒng)配置

3.1 硬件配置方案

苯廢氣處理項目用到的信號類型有模擬信號輸入,模擬信號輸出,數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出信號。根據(jù)項目的實際要求,配置有6塊6路電流輸入卡XP313(I);1塊6路電壓輸入卡XP314(I);3塊4路熱電阻輸入卡XP316(I);4塊4路模擬輸出卡XP322;1塊6路觸電型開關(guān)量輸入卡XP363;1塊8路晶體管開關(guān)量輸出卡XP362,測點清單見表1。整體設(shè)計符合項目的控制要求,考慮了全部負(fù)荷,留出了15%的通道富余量。

表1 測點清單Tab.1 List of measure points

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與冗余配置

JX-300XP控制系統(tǒng)見圖2。其中控制站電源、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、重要控制點I/O卡、通訊網(wǎng)絡(luò)均按1∶1冗余配置。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of control system

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

苯廢氣處理的過程控制是由部分連續(xù)控制和部分邏輯控制構(gòu)成的,控制過程以單回路和單顯示為主,只有反應(yīng)器溫度在每次開車的初期,由助燃控制流量來控制,當(dāng)反應(yīng)器溫度達到500℃后,自動切換成由反應(yīng)器溫度與廢氣流量串級控制系統(tǒng)來保證反應(yīng)器溫度的精確控制。邏輯控制過程主要實現(xiàn)點火裝置的連鎖控制。

4.1 燃燒爐向廢熱爐轉(zhuǎn)換的解決方案

1)燃燒爐簡單控制與廢熱爐串級控制自動切換原理。聯(lián)動開啟酒精給料閥和丙烷給料閥,燃燒爐點火后,余苯廢氣和助燃空氣在燃燒爐中加熱升溫,當(dāng)催化氧化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度低于500℃時,利用燃燒爐加熱,并對反應(yīng)器溫度進行簡單控制;當(dāng)催化氧化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度高于500℃時,停止燃燒爐加熱利用催化反應(yīng)的余熱供熱。為了使氧化反應(yīng)完全,保證反應(yīng)器溫度的精確控制,采用反應(yīng)器溫度與廢氣流量串級控制來完成,控制原理圖見圖3。

圖3 控制原理圖Fig.3 Control scheme

2)組態(tài)實現(xiàn)。圖形化組態(tài)原理圖見圖4。

圖4 圖形化組態(tài)示意圖Fig.4 Schematic diagram of imaging configuration

圖4中TI709.PV為反應(yīng)器入口溫度的測量值;FI702.PV為廢氣流量的測量值;FV702為換熱前廢氣流量控制閥;TV709為反應(yīng)器溫度控制閥。

3)組態(tài)說明。首先用2個GE_SFLOAT比較模塊,該模塊功能是檢查第1個輸入值是否大于等于第2個輸入值,若是,則輸出值為ON,否則為OFF。IN1引用 TI709.PV,IN2引用比較值(500℃/700℃),經(jīng)過2個變量不斷的比較可以不斷的輸出ON或OFF到下一個模塊。如果值為ON,即溫度大于500℃,則進入串級控制模塊CSC,該模塊EXPV引入TI709.PV,INPV引入FI702.PV,MV引入TV709。如果值為OFF,即溫度小于500℃,則進入基本控制模塊BSC,該模塊PV引入TI709.PV,MV引入TV709。即可實現(xiàn)燃燒爐簡單控制與廢熱爐串級控制的自動切換。

4.2 點火裝置的連鎖控制

1)安全保護系統(tǒng)的構(gòu)建。在點火裝置連鎖控制系統(tǒng)中考慮了6個停車條件;1個點火條件;預(yù)熱加熱停止按鈕和強制點火停止按鈕。點火裝置連鎖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。其中6個?；饤l件:霧化空氣壓力PIS低于低限值;鼓風(fēng)機出口可燃空氣壓力PIS730低于低限值;酒精壓力PISA706低于低限值;反應(yīng)器出口壓力TIS705超過高高限;鼓風(fēng)機廢氣出口流量HS701低于低限值;廢熱爐液位LIS702低于低低限。

圖5 點火裝置連鎖控制系統(tǒng)Fig.5 Chain-like control system of ignition device

圖5中PIS707為霧化空氣壓力;PIS730為鼓風(fēng)機出口可燃空氣壓力;PISA706為酒精壓力;TIS705為反應(yīng)器出口溫度;FIS701為鼓風(fēng)機廢氣出口流量;LIS702為廢熱爐液位;KIS730為助燃空氣泵;KIS702為丙烷給料閥;KIS731為火花塞;KIS701為酒精給料閥。

2)組態(tài)實現(xiàn)。點火裝置連鎖控制系統(tǒng)圖形化組態(tài)原理圖如圖6所示。

圖6 點火裝置連鎖控制系統(tǒng)組態(tài)圖Fig.6 Configuration of chain-like control sy stem of ignition device

3)組態(tài)說明。①點火。調(diào)用報警模塊AIALM,當(dāng)不滿足這6個?；饤l件,并且助燃空氣泵KIS730置ON時,將丙烷給料閥KIS702置ON;火花塞KIS731置ON;酒精給料閥KIS701置ON,使燃燒系統(tǒng)正常工作。②停車。當(dāng)滿足6個停車條件之一,或預(yù)加熱“停止”按鈕閉合式時,將酒精給料閥KIS701置OFF,安全系統(tǒng)即自動停止向燃燒爐添加助燃劑(點火期間),使燃燒系統(tǒng)停車。③“停止”點火。點火“停止”按鈕閉合式時,丙烷給料閥KIS702Z置OFF,火花塞KIS731置OFF,即實現(xiàn)停止“點火”。

5 結(jié)論

廢氣處理裝置的控制策略項目,得到許多企業(yè)的認(rèn)可。苯廢氣處理裝置的優(yōu)化控制方案,具有控制系統(tǒng)運行平穩(wěn),安全保護系統(tǒng)可靠性強的特點,有效治理了大氣污染,為廢氣處理的自動控制項目,提供了技術(shù)改造的經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新。是綠色環(huán)保、節(jié)能減排、造福人類的優(yōu)化控制策略。

[1]常慧玲.集散控制系統(tǒng)應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.