无线变送器在合成氨装置中的成功应用

2016-04-06杨松柏方坤王俊杰

石油化工自动化 2016年1期

关键词：变送器吸收塔组态

杨松柏，方坤，王俊杰

(中国石油塔里木油田分公司塔西南仪表运行维护工程部,新疆泽普 844804)

无线变送器在合成氨装置中的成功应用

杨松柏，方坤，王俊杰

(中国石油塔里木油田分公司塔西南仪表运行维护工程部,新疆泽普 844804)

摘要：详细介绍了无线变送器、网关等无线产品的工作原理及技术特点，针对二氧化碳再生塔、吸收塔采用有线仪表的现状和存在的问题进行了分析，优选了无线改造方案，对二氧化碳再生塔和吸收塔进行了无线设备的安装、网络组建、系统组态及调试。通过改造有效解决了引压管线冻堵造成的测量不准确问题，提高了现场仪表的准确性和稳定性，节约了成本，减少了维护量，且安装、调试方便。

关键词：无线变送器仪表网关传感器

无线变送器采用自组织网络通信架构，其性能可靠、安全。通过无线通信方式，可对敷设电缆困难的设备和区域进行监测，从而有效提升了工厂的维护水平，避免了事故停机，优化了设备性能，降低了维护量。某合成氨装置中重要的生产单元二氧化碳再生塔、吸收塔的差压测量采用了无线变送器，分别安装在塔顶和塔底，测量塔顶、塔底差压，通过网关采用Modbus方式将数据送至DCS，然后由DCS进行差压计算，目前5块无线变送器使用正常。

1仪表无线技术概述

1.1基本构成

1) 现场测量单元。包括无线变送器、无线位置开关等无线仪表，用于现场设备的温度、压力、流量等数据的采集。

2) 信号接收和转换单元。无线变送器采集来的数据通过网关进行数据处理和转换。

3) 信号传输单元。网关处理完成的数据通过双绞线传送至控制室内的通信卡。

4) 通信单元。通信卡由DCS或者PLC系统厂商提供，通信方式支持Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP等。

5) 组态单元。利用组态软件对无线变送器的地址、传输速率等相关参数进行设置。

1.2技术特点

1) 低能耗传感器。具有先进的传感器电子元件、超低功耗的内置微波发射元件，能保证可靠的通信；实现独特的能源管理最小化电能消耗，自组织网络的设备，可快速同步唤醒、同步休眠，网关1420动态优化整个网络的电源消耗，平衡各设备的负荷，无线变送器电池可用5～15 a。

a) 网络管理。具有简单强大的安全网络，采用密钥轮换管理，VPN虚拟专用网络，网络易组建和扩展。

b) 数据管理。数据的可靠性大于99%，能够记录和保存用户历史数据、历史趋势，与DCS采用多种方式通信，如Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP，具有用户预警功能。

c) 设备管理。组态简单方便，具有设备自诊断功能。

d) 大容量。设备容量足够大，一个网关可以带100台无线设备。

3) 采用自组织Mesh网络结构。具有精确时间同步网格架构(TSMP)，采用IEEE 802.15.4和调频技术，具有全面的安全措施，通信安全可靠，几乎适应所有的干扰环境，同其他无线网络友好共存，当系统设备发生变化时，能自动重新完成组态，无需人工介入。现场网络物理层协议，2.4 GHz ISM频段。冗余的数据通信路径，可以消除单点故障，用于监测、开环控制、闭环控制，系统最大规模100 000个节点。

1.3优点

1) 节约成本。

a) 减少自动控制室硬件及空间。由于数据传送只需要1根电缆，节约了机柜和卡件，同时节省了控制室的空间。

复合型人才的培养离不开高素质的师资队伍，培养复合型信息与计算科学人才，对师资队伍提出了很大挑战．需要制定师资队伍建设新方案，针对高素质复合型人才培养的要求，构建适应复合型人才培养的师资结构．一方面，要加强对骨干教师的专业培训，同时制定激励措施，鼓励专业教师到企业一线锻炼或有计划地选派有潜质的青年教师直接参与企业的项目实践；另一方面，聘请校外一些优秀的数据挖掘工程师、软件工程师、实践经验丰富的培训讲师等兼职任教、合作研究，扩大复合型人才培养的师资力量．

b) 节省材料。普通变送器每1台都必须有2根信号线，无线网络到网关只需1根双绞线和普通电源线到控制室，节省了电缆及相关的配置，如绕管、接头等。

c) 节省硬件安装费用。连接电缆及相关配置减少，直接减少了安装及调试费用。

d) 缩短项目时间。新项目中快速处理设计延迟及临时变更；自控系统快捷和低成本升级；与已存在系统RTU，PLC及任何DCS无缝集成。

2) 安装、调试方便。无线仪表在运行期间安装不会影响装置的正常运行，且不需要敷设电缆，只需安装变送器，简单方便。无线仪表的安装和常规仪表安装方式相同，技术人员不需额外培训，从而加快了无线仪表安装和调试的进度。

3) 减少维护量。由于无线变送器基本都直接装在管道上，没有引压管线，不需要保温伴热，因而不存在冻表的情况，日常维护几乎没有。

4) 方便扩容。如果还需要安装其他无线仪表，可在现场直接安装，系统组态即可，对现有无线仪表系统无影响。

2二氧化碳再生塔和吸收塔存在的问题

二氧化碳再生塔、吸收塔是化肥厂的重要生产单元，塔高约40 m，对二氧化碳再生塔、吸收塔的压力监测均采用普通差压变送器完成。由于地处西北地区，冬季气温较低，引压管线(长达50 m)经常被冻堵，由于采用的是蒸汽伴热，伴热管线也常出现冻堵的情况，仪表安装在塔上，位置较高，空间较狭窄，不方便作业，且存在很大风险。处理伴热管线和仪表管线冻堵通常要花费数天的时间，导致仪表无法正常工作，吸收塔压差超过40 KPa，就会造成泛塔，合成工艺及尿素工艺必须停车处理，严重影响了合成氨装置工艺安全生产和正常操作，造成产品质量波动，尿素产量下降，给工厂效益带来很大损失。

3差压系统的改造

3.1设备的安装

1) 二氧化碳吸收塔设入口压力、出口压力无线变送器共2台，分别位于吸收塔中部和顶部，安装好三阀组和变送器，用石棉绳和玻璃布将无线变送器根部包好，打开正压室和负压室阀门，关闭平衡阀，投用仪表。

2) 二氧化碳再生塔设入口压力、出口压力、顶部压力无线变送器共3台，分别位于再生塔中部、顶部和压缩厂房外平台，安装好三阀组和变送器，用石棉绳和玻璃布将无线变送器根部包好，打开正压室和负压室阀门，关闭平衡阀，投用仪表。

3) 在压缩厂房外平台合适位置设好网关，要保证能搜索到所有无线变送器。

4) 为了保证信号传输的安全可靠，需要拉2根双绞线，当1根双绞线出现故障时，更换另1根双绞线使用，保证信号传输的畅通和仪表的正常使用。

3.2系统组态及调试

1) 现场无线变送器设置好量程、工程单位、阻尼时间等参数，完成一次表的组态。

2) 用艾默生智能设备管理软件或利用1420网关的Web页面，完成网关的组态。

3) 在系统的通信卡组态里分配好5块无线变送器的地址，地址不能和其他地址有冲突。

4) 调整通信卡拨码开关到两线制位置，按通信卡上端子顺序接好信号线，正常时指示灯绿色，且不停闪烁。

5) 所有组态和调试完成后，监视仪表测量值，如果测量值准确无误，整个系统安装调试完成，联系工艺人员设备投用。