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尿素水解制氨系統(tǒng)智能化運(yùn)行技術(shù)研究與應(yīng)用

2021-01-07 13:36韋松偉,高鵬,張曉遠(yuǎn)
粘接 2021年12期
關(guān)鍵詞:DCS系統(tǒng)降低成本

韋松偉,高鵬,張曉遠(yuǎn)

摘 要:為解決尿素水解系統(tǒng)人工接卸尿素存在氨中毒的安全風(fēng)險(xiǎn),降低運(yùn)行設(shè)備誤操作風(fēng)險(xiǎn),減少人員投入成本,提高設(shè)備的可靠性,基于DCS先進(jìn)控制系統(tǒng),尿素水解原理,結(jié)合尿素接卸、溶解、儲(chǔ)存、水解等過(guò)程控制,編程了一套智能化控制系統(tǒng)并應(yīng)用于尿素水解制氨。以不同狀況下尿素溶解到儲(chǔ)存,和尿素溶液在水解器冷態(tài)、熱態(tài)以及危機(jī)工況下的情況進(jìn)行了實(shí)際操作,均能實(shí)現(xiàn)一鍵啟停功能。通過(guò)多次試驗(yàn)調(diào)試,該智能化控制系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng),準(zhǔn)確性高,可用于水解制氨系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:智能化控制;氣力輸送;水解制氨;降低成本;DCS系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TQ536 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? 文章編號(hào):1001-5922(2021)12-0035-04

Research and Application of Intelligent Operation Technology of Urea Hydrolysis Ammonia Production System

Wei Songwei, Gao Peng, Zhang Xiaoyuan

(Xuchang Longgang Power Generation Co., Ltd., Xuchang 461690, China)

Abstract:It is necessary to solve the safety risk of ammonia poisoning in the manual unloading of urea in the urea hydrolysis system, reduce the misoperation risk of operational equipment, cut down personnel investment cost and improve the reliability of equipment. Based on the advanced control system DCS and the principle of urea hydrolysis, controlling urea unloading, dissolution, storage, hydrolysis and other processes, a set of intelligent control system is programmed and applied to urea hydrolysis ammonia production. Urea is dissolved to storage under different conditions, and the actual operation of urea solution is carried out when the hydrolyzer is in cold, hot and crisis conditions, which can realize the function of one-click start and stop. Through many tests and debugging, the intelligent control system has strong stability and high accuracy, and can be used in hydrolysis ammonia system.

Key words:Intelligent control; Pneumatic conveying; Hydrolysis ammonia production; Reduce costs; DCS system

0 引言

為全面貫徹落實(shí)《國(guó)家發(fā)展改革委國(guó)家能源局關(guān)于推進(jìn)電力安全生產(chǎn)領(lǐng)域改革發(fā)展的實(shí)施意見》(發(fā)改能源規(guī)[2017] 1986號(hào))、《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)電力行業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品安全綜合治理實(shí)施方案的通知》(國(guó)能安全[2017] 65號(hào))對(duì)重大危險(xiǎn)源(液氨罐區(qū))替代改造工作提出的明確要求,積極開展燃煤發(fā)電企業(yè)重大危險(xiǎn)源——液氨罐區(qū)改造工作。許昌某發(fā)電有限責(zé)任公司積極推動(dòng)重大危險(xiǎn)源改造,2018-08進(jìn)行液氨改尿素項(xiàng)目,2019-06項(xiàng)目整體完工,將機(jī)組脫硝系統(tǒng)液氨供氨改為尿素水解供氨,著力提升企業(yè)本質(zhì)安全水平[1]。建成后的尿素水解制氨系統(tǒng)首先采用人工接卸袋裝尿素,通過(guò)斗輪機(jī)提升裝置打入罐體進(jìn)行溶解。這樣一方面可避免人工接卸存在較高作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間接觸尿素容易產(chǎn)生職業(yè)病;另一方面加大了人工成本[2];再者尿素溶液制備一般就地操作閥門,尿素溶液水解部分雖安裝遠(yuǎn)控閥門但每個(gè)工序需要人為判斷,大部分操作都要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作,這樣存在誤操作風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)加大人工投入,給日常維護(hù)帶來(lái)了很多不便[3]。

綜上所述,影響尿素水解制氨系統(tǒng)在火力發(fā)電廠應(yīng)用的問(wèn)題集中存在以下3個(gè)方面:①人工接卸安全風(fēng)險(xiǎn)高、人工成本大;②尿素溶解就地手動(dòng)閥較多,人員頻繁操作很不便利;③尿素溶液水解工藝繁瑣,人員頻繁操作容易出現(xiàn)誤操作風(fēng)險(xiǎn),不利于水解器長(zhǎng)期運(yùn)行[4]?;谝陨闲枨?,本著高質(zhì)量發(fā)展理念,本公司針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行徹底優(yōu)化,首先增加尿素顆粒罐車氣力輸送,其次對(duì)尿素制備區(qū)增加遠(yuǎn)控閥,并對(duì)制備區(qū)、水解區(qū)建立控制模型對(duì)邏輯進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了尿素水解制氨系統(tǒng)智能化控制[5]。

1 系統(tǒng)組成

尿素水解制氨系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)主要由尿素顆粒罐車氣力輸送、尿素溶解智能控制模型,尿素水解智能控制模型3部分組成。尿素顆粒氣力輸送主要利用罐車替代袋裝尿素通過(guò)壓縮空氣實(shí)現(xiàn)尿素顆粒的傳輸。尿素溶解、尿素水解智能控制模型主要通過(guò)就地閥門優(yōu)化,并在DCS系統(tǒng)建立控制模型,實(shí)現(xiàn)尿素水解制氨的智能化控制。

2 主要技術(shù)原理

2.1 尿素水解制氨示意圖

尿素水解制氨原理如圖1所示。

尿素顆粒經(jīng)氣力輸送到溶解罐進(jìn)行溶解,溶解后打入尿素溶液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存,經(jīng)過(guò)尿素輸送泵送入水解器進(jìn)行水解,產(chǎn)生氨氣供脫硝系統(tǒng)使用。

2.2 尿素顆粒罐車氣力輸送

根據(jù)袋裝尿素接卸費(fèi)時(shí)不安全的問(wèn)題,在尿素溶解罐體增加尿素顆粒輸送管道,該管道直接引到尿素制備車間外部,同時(shí)將袋裝尿素運(yùn)卸改為罐車尿素顆粒運(yùn)輸。罐車尿素顆粒運(yùn)來(lái)后,將罐車尿素的輸出管路接口對(duì)接到尿素制備車間外部尿素顆粒輸送管道上,利用罐車上自帶的壓縮空氣,直接帶動(dòng)尿素顆粒進(jìn)入溶解罐進(jìn)行溶解;同時(shí)溶解罐頂部安裝排氣風(fēng)機(jī),保持溶解罐空氣流通。每天可減少10人接卸尿素的人工投入,同時(shí)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)[6]。尿素顆粒輸送示意圖如圖2所示。

人工接卸和氣力輸送方式對(duì)比如表1所示。

由表1可看出,尿素顆粒罐車氣力輸送方式,按照目前公司脫硝系統(tǒng)參數(shù)折算,全年預(yù)計(jì)需采購(gòu)尿素8 500 t,根據(jù)價(jià)格比較,尿素散裝顆粒比袋裝的便宜100元/t,全年可節(jié)約材料費(fèi)85萬(wàn)元;人工卸料搬運(yùn)按照10人計(jì)算,全年節(jié)省人工費(fèi)約70萬(wàn)元。這樣,不僅有效避免了作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn),而且材料和人工費(fèi)用可節(jié)省155萬(wàn)元/a。兩種接卸方式對(duì)比,氣力輸送的人員少,用時(shí)、人工、材料成本均比人工接卸方式節(jié)省。

2.3 尿素溶解智能控制模型

尿素溶解系統(tǒng)主要是尿素溶解和儲(chǔ)存,控制模式有半自動(dòng)、自動(dòng)和手動(dòng)模式。半自動(dòng)模式共有:“啟動(dòng)”、“補(bǔ)水”、“配液”、“輸送”和“沖洗”5個(gè)步序,其中各個(gè)程序可單獨(dú)執(zhí)行。自動(dòng)模式:從停止至輸送步序,需人為觸發(fā)按鈕,尿液輸送完畢自動(dòng)清洗[7]。尿素顆粒溶解智能控制模型圖如圖3所示。

在自動(dòng)模式下,點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行以下操作:

(1)啟動(dòng)后系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉尿素溶解罐除鹽水來(lái)氣動(dòng)門、疏水進(jìn)水閥、溶解泵出口氣動(dòng)閥、沖洗閥、溶解泵出口氣動(dòng)閥、回流閥。

(2)系統(tǒng)判斷出所有閥位信號(hào)正常后,如果溶解罐液位小于低液位時(shí)打開進(jìn)水閥同時(shí)打開冷凝水疏水罐疏水泵進(jìn)行補(bǔ)水;直到液位大于低液位時(shí),停止疏水泵運(yùn)行,同時(shí)關(guān)閉補(bǔ)水閥。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到泵停止和閥位關(guān)閉信號(hào)后自動(dòng)啟動(dòng)攪拌器,同時(shí)打開再循環(huán)閥,監(jiān)測(cè)到攪拌器運(yùn)行信號(hào)和再循環(huán)閥開啟信號(hào),系統(tǒng)直接啟動(dòng)該溶解泵并打開溶解泵出口氣動(dòng)門(系統(tǒng)提示可卸尿素)。

(3)系統(tǒng)將自動(dòng)打開輸送管道氣動(dòng)閥、啟動(dòng)溶解罐排氣扇,此時(shí)具備配液條件,卸料罐車將打開卸料閥,此過(guò)程需要持續(xù)40 min,待罐體液位大于溶解罐高液位,且尿素溶液密度大于目標(biāo)密度后,尿素溶液循環(huán)2 min,顯示卸料完成,將自動(dòng)關(guān)閉輸送管道氣動(dòng)閥。

(4)系統(tǒng)接收到溶液制備完成后打開儲(chǔ)罐入口氣動(dòng)門,同時(shí)關(guān)閉尿素溶解罐再循環(huán)閥,此時(shí)往儲(chǔ)罐輸送尿素溶液,一旦溶解罐液位低于低液位,或者儲(chǔ)罐液位高于高液位,直接停止溶解泵,顯示輸送完畢;此過(guò)程如遇到緊急情況可以手動(dòng)停止輸送泵。

(5)輸送完畢后自動(dòng)啟動(dòng)沖洗水泵,同時(shí)打開溶解泵入口沖洗氣動(dòng)門,此過(guò)程持續(xù)5 min,沖洗溶解罐到儲(chǔ)罐的輸送管道;5 min過(guò)后打開再循環(huán)閥,關(guān)閉溶解罐到儲(chǔ)罐氣動(dòng)門,此過(guò)程持續(xù)10 min,沖洗溶解罐再循環(huán)管道;沖洗完畢后停止沖洗泵,關(guān)閉溶解罐的所有閥門。

至此尿素溶解輸送已全部完成,也可以在半自動(dòng)、手動(dòng)模式下進(jìn)行,只需操作人員點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕即可完成各步序。

2.4 尿素水解智能控制模型

尿素水解系統(tǒng)主要是尿素溶液的水解制氨過(guò)程,對(duì)水解器控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)冷態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng),以及過(guò)程控制的智能操作運(yùn)行。在自動(dòng)控制操作模式下,當(dāng)操作員按下啟動(dòng)按鈕,控制系統(tǒng)在沒(méi)有操作員介入的狀況下使水解系統(tǒng)自動(dòng)填料、預(yù)熱、準(zhǔn)備噴氨、噴氨過(guò)程[8]。尿素溶液水解智能控制模型圖如圖4所示。

在自動(dòng)模式下,點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕尿素水解系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行以下操作:

(1)點(diǎn)擊水解器啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)后,系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉尿素溶液入口閥、液相回流閥、蒸汽進(jìn)口閥,同時(shí)將蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥、尿素溶液入口調(diào)節(jié)閥、氨蒸汽出口調(diào)節(jié)閥都置零位,且打手動(dòng)模式。

(2)所有閥門信號(hào)到位后,如果水解器液位大于0.51 m系統(tǒng)將自動(dòng)跳步到填充尿素溶液過(guò)程,如果水解器液位小于于0.51 m,將自動(dòng)打開除鹽水進(jìn)口閥,對(duì)水解器進(jìn)行補(bǔ)充除鹽水。一旦水解器液位大于0.51 m,系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉除鹽水進(jìn)口閥。隨后打開尿素入口關(guān)斷閥,同時(shí)將尿素入口調(diào)節(jié)閥置位100%;當(dāng)水解器液位大于0.85 m后關(guān)閉尿素入口關(guān)斷閥,同時(shí)將尿素入口調(diào)節(jié)閥置位0%。

(3)尿素入口關(guān)斷閥,調(diào)節(jié)閥信號(hào)到位后,如果水解器壓力小于0.3 MPa,將自動(dòng)打開蒸汽進(jìn)口閥,同時(shí)水解器選擇溫控模式,將蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥置為自動(dòng)模式。閥位信號(hào)到位后,溫度設(shè)定值為40℃,蒸汽調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開啟進(jìn)行加熱調(diào)節(jié),5 min后設(shè)定溫度自動(dòng)定置到70℃,持續(xù)加熱,溫度升至115℃;維持10 min后系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入壓控模式,壓力設(shè)定值為0.3 MPa,系統(tǒng)將進(jìn)入到準(zhǔn)備噴氨模式。

(4)進(jìn)入壓控模式后水解器持續(xù)升壓,待壓力大于0.4 MPa后,水解器所有調(diào)節(jié)閥均置為自動(dòng)模式,系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備噴氨模式。

(5)一旦運(yùn)行機(jī)組有噴氨需求,系統(tǒng)將自動(dòng)打開氨蒸汽出口調(diào)門、蒸汽出口閥、尿素溶液進(jìn)口閥、尿素溶液調(diào)節(jié)閥,系統(tǒng)將壓力自動(dòng)設(shè)置為0.55 MPa,液位設(shè)置為0.85 m,氨蒸汽出口壓力設(shè)置為0.35 MPa。各個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢,系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

(6)系統(tǒng)為防止運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)緊急情況,設(shè)置有緊急停車和正常停車按鈕。一旦出現(xiàn)危機(jī)情況,操作人員可以手動(dòng)觸發(fā)按鈕,對(duì)水解器進(jìn)行安全保護(hù)[9]。

至此,尿素溶解水解正常投入運(yùn)行,也可以在半自動(dòng)、手動(dòng)模式下進(jìn)行,只需操作人員點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕即可完成各步序。

尿素水解制氨系統(tǒng)的智能化控制,通過(guò)尿素顆粒罐車輸送、優(yōu)化控制閥門,實(shí)現(xiàn)尿素水解制氨智能化控制的操作功能。尿素水解制氨系統(tǒng)的智能化控制,確保了尿素溶解以及尿素溶液水解系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

人工操作和智能控制的對(duì)比情況如表2所示。

由表2可知,兩種操作方式對(duì)比,操作人員減少,節(jié)省了人工、材料成本。尿素水解制氨系統(tǒng)的智能化控制,在尿素溶解,尿素溶液輸送、儲(chǔ)存、管道沖洗以及水解器定期排污等操作過(guò)程中可減少運(yùn)行值班人員8人,這樣不但降低了現(xiàn)場(chǎng)操作的安全風(fēng)險(xiǎn),而且節(jié)約人工成本126萬(wàn)元/a;三部分智能化控制共計(jì)節(jié)約211萬(wàn)元/a。

3 結(jié)語(yǔ)

尿素水解制氨智能化控制解決了運(yùn)行人員人工卸氨和人工操作的安全風(fēng)險(xiǎn),降低了氨中毒的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)節(jié)省大量的人力,節(jié)約了成本。通過(guò)智能化控制的參數(shù)設(shè)定,實(shí)現(xiàn)了精確控制,防止誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。為發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)行效率,保證電廠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了保障。

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