有限公司
硝化反应装置自动化控制系统
设计方案
1
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
目 录
一、有限公司基本情况………………….…. 4
二、有限公司项目由来……………………….5
三、相关设计规范和依据…………………………………….6 四、硝化工艺简述…………………………………………….7 五、硝化工艺控制要求……………………………………….8 六、自动化控制系统设计方案……………………………….9 七、自动化控制系统的可靠性与实用性…………………….14
八、自动化控制系统的技术特点……………………………….16 九、 仪表清单……………………………………………… …….18
1
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
一、有限公司基本情况：
2
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
二、有限公司项目由来：
根据国家安全监管总局《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三[2009]116号）；《关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见》（苏安监[2009]109号）；《关于在全市化工生产企业开展高度危险工艺装置加装DCS专项行动的通知》（盐安监[2008]47号）等文件规定，有限公司的硝化反应属于重点监管的危险化工工艺。
受有限公司的委托，本院对其硝化反应装置进行自动化控制设计。根据相关规范和设计的要求，对照该企业的所采用的危险化工工艺的具体特点，确定重点监控的工艺参数，装备和完善自动控制系统，确定该公司硝化反应装置必须加装集散控制系统（DCS）和紧急停车系统（ESD）。
在本次自动化控制设计方案的编制过程中，得到了滨海县安全生产监督管理局的指导，得到了有限公司的积极配合与协助，在此表示诚挚的感谢！
3
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
三、相关设计规范和依据：
（1）《过程检测和控制系统用文字和图形》（HG20505－92）； （2）《自动化仪表选型》（HG20507－92）；
（3）《石油化工仪表安装设计规范》（SHT3104－2000）； （4）《石油化工自动化仪表选型设计规范》（SH3005-1999）; （5）《仪表供电设计规范》（HG20509-92）;
（6）《信号报警、连锁系统设计规定》（HG20511-92）; （7）《仪表配管、配线设计规定》（HG20152-92）; （8）《仪表系统接地设计规定》（HG20153－92）；
（9）《仪表及管线伴热和绝热保温设计规定》（HG20514-92）; （10）《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ93－86）； （11）《自控安装图册（上、下册）》（HG/T21581-95）; （12）《控制室设计规定》（HG/T20508-2000）。
（13）《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三[2009]116号）；
（14）《关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见》（苏安监[2009]109号）；
（15）《关于在全市化工生产企业开展高度危险工艺装置加装DCS专项行动的通知》（盐安监[2008]47号）
4
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
四、硝化工艺简述：
反应类型 放热反应 重点监控单元 硝化反应釜、 分离单元 工艺简介 硝化反应是有机化合物分子中引入硝基（-NO2）的反应。 工艺危险特点 （1）反应速度快，放热量大。大多数硝化反应是在非均相中进行的，反应组分的不均匀分布容易引起局部过热导致危险。尤其在硝化反应开始阶段，停止搅拌或由于搅拌叶片脱落等造成搅拌失效是非常危险的，一旦搅拌再次开动，就会突然引发局部激烈反应，瞬间释放大量的热量，引起爆炸事故； （2）反应物料具有燃爆危险性； 重点监控工艺参数 硝化反应釜内温度控制、硝化剂滴加调节控制，搅拌速率检测；冷却水控制；蒸汽控制；紧急卸料控制； 安全控制的基本要求 反应釜温度的报警和联锁；自动进料控制和联锁；紧急冷却系统；搅拌的稳定控制和联锁系统；安全泄放系统等。
5
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
五、硝化工艺控制要求：
1、重点监控工艺参数：
硝化反应釜内温度、硝化剂的流量和搅拌状态 2、安全控制的基本要求： 硝化反应釜温度的报警和连锁； 硝化剂进料的控制和连锁； 搅拌的控制和连锁；
热量系统（加热和降温）的控制和连锁。 3、采用的DCS控制方式：
将硝化反应釜内的温度、搅拌速度和反应釜的硝化剂进料调节阀门、蒸汽阀门、冷却水阀门、搅拌电机形成连锁关系；
当反应釜内的温度超标时，系统能够自动报警并自动停止硝化剂进料，关闭蒸汽阀门，打开冷却水阀门，将硝化反应釜内的温度将至适宜的温度范围内。 4、采用的ESD控制方式：
该硝化反应装置除了安装集散控制系统（DCS）以外，还应装备紧急停车系统（ESD），并设有紧急放料系统，在DCS仍然无法控制反应装置正常的情况下，ESD能够立即启动，对该反应装置实施紧急停车和紧急放料。
6
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
六、有限公司自动化控制系统设计方案：
根据有限公司针对该硝化反应装置进行自动化控制系统改造要求，和国家相关法规要求，结合我院多年来积累的安全自动化控制系统的设计经验，编制了有限公司硝化反应装置自动化控制系统（包括DCS集散控制系统和ESD紧急停车系统）设计方案。 1、自动化控制系统的设计思路：
该公司当前硝化反应装置的生产过程完全是人工控制，整个硝化反应装置安全完全依赖于操作工的技能和素质，不确定因素较多，风险较大，安全系数较低。在实施自动化控制系统改造后，可以极大的提高生产过程的安全性和稳定性，无论是生产装置本身出现的故障危险，还是人为因素导致的危险以及一些不可抗拒因素引发的危险，自动控制系统都可以作出正确反应，并立即给出相应的逻辑信号，使生产装置进行自动调节和安全联锁；在特别紧急状态下可以实施紧急停车和紧急放料，从而阻止危险的发生和事故的扩散，从而使事故危害减少到最小。
2、自动化控制系统设计方案简述：
①、DCS控制方案：
控制硝化反应过程，关键是硝化反应装置的温度的控制，应当及时将硝化反应装置的温度、搅拌与硝化剂流量、冷却水和蒸汽进行连锁，能够将硝化反应装置的温度及电流信号及时传输到DCS控制系统，系统根据生产工艺对反应温度的具体要求，及时对硝化剂流量、冷却
7
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
水和蒸汽进行调节。
根据温度实际数值与设定值进行比较与判断，如异常则执行相应的动作；
当温度超高，先声光报警，同时切断硝化剂进料阀门和蒸汽阀门，再打开冷却水进出口阀门进行降温；
各控制指令对应相应独立的工艺参数，所有控制指标、控制逻辑可根据实际生产情况进行调整、修改；整个控制过程独立于操作，具有最高的控制优先级，保护工艺、设备的安全，确保安全、清洁、文明生产。
DCS系统逻辑关系方框图如下： 硝化剂调节阀门与电磁流量 流量信号 温度信号，
DCS控制系统 计联锁控制流量；超温关闭调节阀；自动关闭蒸汽进汽阀门，关闭疏水器阀门；联锁开启循环水进出口阀门。 搅拌电流控制报警 ②、ESD控制方案：
当该硝化反应装置在DCS系统无法进行有效控制的情况下，即反应装置的温度超出了极度危险设定值以后，ESD能够及时启动，对该硝化反应装置进行紧急停车和紧急放料。
当反应装置温度超高限或者搅拌电机停机任一情况发生时，ESD系统立即连锁切断硝化剂调节阀门。
8
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
硝化剂调节阀需打开时，在ESD系统中，必须经现场人员确认后手动开阀，并对ESD复位后，ESD自动投入连锁控制保护状态。
在ESD系统中，设置紧急停车按钮，紧急停车启动时，ESD自动投入连锁控制保护状态。
对连锁控制项目按启动条件和动作时序分组，将受相同条件触发及需同时动作的输出合用同一切换开关。手动切换开关具有3个位置，其排列位置为执行单元（故障安全型）：自动-脱机-手动。电机开停：自动（开/停）-脱机-手动停；切换开关由一位置切向另一位置的过程中应先保持原状态。
ESD系统逻辑关系方框图如下：
③、自动控制系统网络框图如下：
紧急切断硝化剂阀门；自动实施紧急放料至应急接收罐； 温度超高限报警 ESD控制系统 9
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
3、自动控制过程说明：
①、自动化控制系统应采用电源开关（配电箱）单独设置。 ②、自动化控制系统应采用UPS不间断电源供电。
③、自动化控制系统中的检测仪表及执行器，应以隔爆型仪表为主，不足部分采用正压或其它防爆措施。
④、为确保执行器在任何故障状态下都处于过程安全位置，其电路应设计成故障安全型电路，即正常通电，故障断电动作。 ⑤、电磁阀必须选用高可靠性电磁阀，并保证接线施工质量。 ⑥、对送往电气控制盘用以开停电机的触点，应将隔离用的中间继电
10
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
器的励磁电路设计为故障安全型。
⑦、自动化控制系统接地，为独立接地系统，信号系统需加装防雷保护。
⑧、ESD系统应当独立于DCS系统，包括设置专门的工作站和专门的氢气切断阀门。
⑨DCS系统与ESD系统之间采用控制器间硬连线通信方式（Modbus通信等），将DCS数据传到ESD系统中。
11
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
七、自动化控制系统的可靠性与实用性：
自动化控制系统由监控中心工业控制计算机、通讯网络、现场智能控制器、现场仪表组成，具有参数收集、联锁控制、组态、信号传输、监督、预警干预、报表生成、流程显示、历史趋势显示、现场及远程报警等功能。本方案采用先进的分布式和模块化设计理念，利用成熟的软硬件产品完成整个系统体系架构的搭建。通过实时数据库，实现监控数据的高效记录、长期存储、海量查询和数据处理等；并使用数据转存功能，为上层应用系统提供稳定的数据源。 1、维护工作量小
自动化控制系统涉及的终端为智能型控制器，精度高，稳定性好，可大大减少维护人员的工作量，减少维护开支。 2、独立可靠的系统
自动化控制系统为分布式安全控制系统，用户通过方便灵活的组态就可以实现需要的功能。单台服务器的故障，不会祸及整个系统，只对局部的实时数据有影响；同时，用户主机房服务器和通讯网络的故障，也不会造成现场的事故。 3、组态灵活，操作方便
自动化控制系统可全部自行组态，可以通过设备按键或者相关的组态软件进行组态。计算机上的图表，如网点分布图、数据日报表、月报表等，以及报表格式、功能选择、数据采集点的增减等等，均可由软件应用方的工程师来设置。防爆箱操作键盘完全与现场工艺对应，操作简便，安全。
12
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
4、系统实时监督功能
公司相关职能部门从网络计算机上就可以实时了解各采集点的数据情况。对于个别异常的数据点，可及时的进行分析和调查，找到问题原因，为公司切实节省能源开支。对于突发事故，职能部门可马上找出事故地点进行及时处理，并可根据记录的历史记录找寻事故原因，以保证公司内部装置的安全。 5、自动化程度高
采用自动化控制系统后，作业现场整洁有序，企业自动化流程会有很大提升。所有数据在现场的智能仪表和监控软件上均可以查询，各种报表和所有数据的统计全部由监控软件自动完成。
13
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
八、自动化控制系统的技术特点：
1、本设计方案具有良好的稳定性、可维护性、独立性，设计合理。 2、数据采集记录终端拥有独立数据存储功能，实现历史数据的本地存储和查询，与上层的监控软件相互独立，可自成一套稳定的数据采集记录体系。
3、本设计方案具有良好的可扩展性，其中监控软件的设计适应大型应用需求，适应今后业务扩展。并可在软件不变的情况下，通过直接改变硬件配置而成倍提高系统的整体性能指标。
4、监控软件提供数据转存功能，按实际需求开发数据转存工具，为以后的ERP系统提供精确、稳定的一线数据。
5、动态的监控数据画面，集数据点地理分布显示、详细数据调取，动态报警、报警历史与一体，令监控及管理的工作变的及时、直观。 6、多种监控方式集成的监控环境，提供了实时趋势、历史趋势、动态棒图，全方位满足用户的监控需求。
7、强大的报表系统，同时支持C/S、B/S模式，支持Excel内所见即所得的报表模板组态，方便用户扩展报表系统。 8、支持Web发布功能，方便用户的数据浏览。 9、关系数据库转存：
监控软件可以按规则将保存在历史数据库中的数据转储为信息系统所支持的关系数据库，并通过特定开发的转存软件，对数据进行处理，而后写入到ERP数据库，为企业的信息化提供真实而精确的数据。
14
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
（数据转存）
10、权限管理：
权限管理是整套软件的重要组成部分，通过权限管理与权限认证，让用户在系统权限允许的范围内访问和修改自己所对应的资源，从而保证系统的安全性。
15
硝化反应装置自动化控制系统设计方案
九 仪表清单
序号 名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 口径 介质 水 蒸汽 硝化剂 硝化剂 硝化剂 酸性 数量 10 20 20 10 10 10 10 10 10 10 4 备注 硝化反应釜温度；双支 冷却水进出口阀门 蒸汽进出口阀门 硝酸进料调节阀 硝酸进料切断阀 现场报警 电流信号 控制搅拌电机 紧急放料阀门 一体化温度传感器 电动调节阀 高温电动调节阀 电动调节阀 电动切断阀 电磁流量计 声光报警器 隔离变送器 电流互感器 电动放料阀 可燃气体报警器 DN40 DN25 DN25 DN25 DN25 DN50
16
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容