DCS 系统在气化锁斗系统中的应用

梁 晓

（山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西 太原 030024）

过程控制是当前工业生产中比不可少的控制方式，其可对生产工艺中各个阶段的参数进行检测、记录、显示、报警以及调节等，对于改善产品质量、优化工艺流程等方面具有重要意义。工业中的过程控制系统普遍表现为实时性、复杂性、参数多变化性以及大储量等特点。集散控制系统能够实现对工厂中各个区域的设备、工艺参数等进行集中控制，解决工业生产中的“自动化孤岛”和“信息孤岛”的问题[1]。本文以气化锁斗系统为研究对象，重点开展DCS 系统在其中的应用研究。

1 现状及需求分析

本节主要对气化炉锁斗系统的功能及其实际生产中的自动控制需求进行分析，而后对现阶段控制系统所存在的问题进行分析，提出优化改进的方向。

气化炉为甲醇生产制造厂的核心装置，其主要功能是生成一氧化碳和氢气。在实际生产中，煤浆和氧气在气化炉中混合反应，此反应为不完全的氧化反应；根据煤浆的不同在气化炉中的反应温度也存在较大的差异，一般在1 300 ℃～1 400 ℃之间，气化炉内的工作压力一般在6.5 MPa 左右。在实际反应过程中，为了实现较高的转化率，一般采用部分氧气释放能力的方式，保证气化炉内的反应温度在合理范围之内[2]。

气化炉锁斗装置为根据反应的进行对未参加完全反应的煤渣进行排放。一般情况下，排渣的时间间隔为30 min，反复循环进行，保证气化炉内的粗渣被完全排除干净。气化炉锁斗兄台功能涉及到的核心装置包括有气化炉、锁斗、锁斗冲洗水罐、锁斗循环泵以及渣池。目前，锁斗排渣装置还存在人工操作控制的情况，在实际生产中常会面临如下问题：

1）为保证气化炉的稳定运行，保证转化率，需要对气化炉未参加反应的粗渣定期排除；但是，由于手动控制存在忘记排渣的情况，导致气化炉无法稳定运行。

2）按照规范操作，气化炉排渣需要将其内部的压力从6.5 MPa 泄放至常压状态；但是，在手动操作过程中常存在压力未泄放至正常状态，从而导致设备受损，带来了极大的安全隐患。

3）锁斗系统需在排渣和积渣两个过程中反复循环切换，需要对多个阀门进行同时控制；手动控制存在操作失误、动作失误的情况较多，经常导致气化炉液位偏低、渣口堵塞、损害设备等情况，从而影响整个系统的稳定运行[3]。

4）同时，手动同时对多个阀门进行控制，由于动作失误的存在导致气化炉停车，直接影响生产效益。

因此，针对气化炉锁斗系统的运行急需一套自动化逻辑控制系统对其的自动顺序控制，解决人工控制存在的不足，确保兄台功能在长期范围内高负荷、稳定的运行。

2 气化炉锁斗系统DCS 系统的设计

在上述现状及需求分析的基础上，同时综合实际生产中总结的各类问题，所设计的DCS 系统重点解决锁斗系统排渣的顺序控制问题；同时，为保证整个系统的安全稳定运行，还应为DCS 系统设置安全联锁条件[4]。具体到工序为锁斗积渣、锁斗排渣、锁斗冲洗以及安全逻辑控制四方面。鉴于锁斗系统工艺的特殊性，虽然各个模块是相对独立，但是在执行层面必须实现顺序控制才能够保证生产的稳定性和安全性。顺序控制流程依次为：泄压→冲洗→排渣→冲压→积渣；而且，在每个流程之间都需设置安全联锁条件，上一个模块未按照既定流程完成无法跳转至下一模块运行。

2.1 锁斗顺序控制系统的设计

本节对关键工艺流程五个过程进行细化，实现对锁斗系统的精准顺序控制。根据锁斗系统的工况，可将其工作流程细分为15 个步骤，各步骤的具体操作内容和事项如下页图1 所示。

图1 锁斗系统工作流程细化步骤图

2.2 锁斗系统时间顺序设计

结合锁斗系统的基础运行工况，对上述5 个关键工艺过程的时间进行设计，具体如表1 所示。

表1 锁斗系统时间顺序流程设计

2.3 锁斗系统流程程序设计

根据上述锁斗系统的顺序控制流程及各个流程的预设定时间分别完成锁斗排渣、积渣、冲洗、冲压以及泄压各个过程程序流程的设计，并为各个模块之间添加相应的约束条件，以实现对各个模块及流程之间的联锁保护[5]。

2.4 锁斗DCS 控制系统性能测试

本系统在实际运行过程中并不会占据太大的系统资源，而且各个模块的功能划分非常清晰；模块化设计的理念为后续系统的维护和修改提供了极大的便捷性。

DCS 系统的应用直接降低了现场作业人员的劳动强度，在节约人员成本的同时，有自动化控制系统实现对锁斗系统的控制极大地提升了系统运行的安全性和稳定性，解决了以往人工控制误动作、误操作所引发的各类事故的发生，为工厂效益的提升具有重大意义；同时，由于DCS 系统对锁斗系统各个流程和工序之间设定有联锁保护条件，极大保证系统运行的安全性和稳定性。

3 结语

气化炉为甲醇生产制造厂的核心装置，其作为二氧化碳和氧气的生成器，在气化炉主要完成煤浆和氧气的不充分反应，该类反应需重将未充分反应的粗渣定期排放，才能够保证下一循环阶段的稳定运行。为解决气化炉锁斗系统传统人工控制的一系列问题，本文将DCS 控制系统应用于气化炉的锁斗系统中。经实践表明，DCS 控制系统在降低操作人员劳动强度的同时，极大地提升了气化炉锁斗系统运行的安全性和稳定性，为提升工厂的经济效益具有重大意义。