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1、硝化反應裝置自動化控制系統項目設計方案根據國家安全監管總局關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知（安監總管三2009116號）；關于規范化工企業自動控制技術改造工作的意見（蘇安監2009109號）；關于在全市化工生產企業開展高度危險工藝裝置加裝DCS專項行動的通知（鹽安監200847號）等文件規定，有限公司的硝化反應屬于重點監管的危險化工工藝。受有限公司的委托，本院對其硝化反應裝置進行自動化控制設計。根據相關規范和設計的要求，對照該企業的所采用的危險化工工藝的具體特點，確定重點監控的工藝參數，裝備和完善自動控制系統，確定該公司硝化反應裝置必須加裝集散控制系統（DCS）和緊急停車系統（ES2、D）。在本次自動化控制設計方案的編制過程中，得到了濱海縣安全生產監督管理局的指導，得到了有限公司的積極配合與協助，在此表示誠摯的感謝！三、相關設計規范和依據：（1）過程檢測和控制系統用文字和圖形（HG2050592）； （2）自動化儀表選型（HG2050792）；（3）石油化工儀表安裝設計規范（SHT31042000）；（4）石油化工自動化儀表選型設計規范（SH3005-1999）; （5）儀表供電設計規范（HG20509-92）;（6）信號報警、連鎖系統設計規定（HG20511-92）;（7）儀表配管、配線設計規定（HG20152-92）;（8）儀表系統接地設計規定（HG2015392）；（3、9）儀表及管線伴熱和絕熱保溫設計規定（HG20514-92）;（10）工業自動化儀表工程施工及驗收規范（GBJ9386）； （11）自控安裝圖冊（上、下冊）（HG/T21581-95）;（12）控制室設計規定（HG/T20508-2000）。（13）關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知（安監總管三2009116號）；（14）關于規范化工企業自動控制技術改造工作的意見（蘇安監2009109號）；（15）關于在全市化工生產企業開展高度危險工藝裝置加裝DCS專項行動的通知（鹽安監200847號）四、硝化工藝簡述：反應類型放熱反應重點監控單元硝化反應釜、分離單元工藝簡介硝化反應是有機化合物分子4、中引入硝基（-NO2）的反應。工藝危險特點（1）反應速度快，放熱量大。大多數硝化反應是在非均相中進行的，反應組分的不均勻分布容易引起局部過熱導致危險。尤其在硝化反應開始階段，停止攪拌或由于攪拌葉片脫落等造成攪拌失效是非常危險的，一旦攪拌再次開動，就會突然引發局部激烈反應，瞬間釋放大量的熱量，引起爆炸事故；（2）反應物料具有燃爆危險性；重點監控工藝參數硝化反應釜內溫度控制、硝化劑滴加調節控制，攪拌速率檢測；冷卻水控制；蒸汽控制；緊急卸料控制；安全控制的基本要求反應釜溫度的報警和聯鎖；自動進料控制和聯鎖；緊急冷卻系統；攪拌的穩定控制和聯鎖系統；安全泄放系統等。五、硝化工藝控制要求：1、重點監控工藝5、參數：硝化反應釜內溫度、硝化劑的流量和攪拌狀態2、安全控制的基本要求：硝化反應釜溫度的報警和連鎖；硝化劑進料的控制和連鎖；攪拌的控制和連鎖；熱量系統（加熱和降溫）的控制和連鎖。3、采用的DCS控制方式：將硝化反應釜內的溫度、攪拌速度和反應釜的硝化劑進料調節閥門、蒸汽閥門、冷卻水閥門、攪拌電機形成連鎖關系；當反應釜內的溫度超標時，系統能夠自動報警并自動停止硝化劑進料，關閉蒸汽閥門，打開冷卻水閥門，將硝化反應釜內的溫度將至適宜的溫度范圍內。4、采用的ESD控制方式：該硝化反應裝置除了安裝集散控制系統（DCS）以外，還應裝備緊急停車系統（ESD），并設有緊急放料系統，在DCS仍然無法控制反應裝置正常6、的情況下，ESD能夠立即啟動，對該反應裝置實施緊急停車和緊急放料。六、有限公司自動化控制系統設計方案：根據有限公司針對該硝化反應裝置進行自動化控制系統改造要求，和國家相關法規要求，結合我院多年來積累的安全自動化控制系統的設計經驗，編制了有限公司硝化反應裝置自動化控制系統（包括DCS集散控制系統和ESD緊急停車系統）設計方案。1、自動化控制系統的設計思路：該公司當前硝化反應裝置的生產過程完全是人工控制，整個硝化反應裝置安全完全依賴于操作工的技能和素質，不確定因素較多，風險較大，安全系數較低。在實施自動化控制系統改造后，可以極大的提高生產過程的安全性和穩定性，無論是生產裝置本身出現的故障危險，還是7、人為因素導致的危險以及一些不可抗拒因素引發的危險，自動控制系統都可以作出正確反應，并立即給出相應的邏輯信號，使生產裝置進行自動調節和安全聯鎖；在特別緊急狀態下可以實施緊急停車和緊急放料，從而阻止危險的發生和事故的擴散，從而使事故危害減少到最小。2、自動化控制系統設計方案簡述：、DCS控制方案：控制硝化反應過程，關鍵是硝化反應裝置的溫度的控制，應當及時將硝化反應裝置的溫度、攪拌與硝化劑流量、冷卻水和蒸汽進行連鎖，能夠將硝化反應裝置的溫度及電流信號及時傳輸到DCS控制系統，系統根據生產工藝對反應溫度的具體要求，及時對硝化劑流量、冷卻水和蒸汽進行調節。根據溫度實際數值與設定值進行比較與判斷，如異常則8、執行相應的動作；當溫度超高，先聲光報警，同時切斷硝化劑進料閥門和蒸汽閥門，再打開冷卻水進出口閥門進行降溫；各控制指令對應相應獨立的工藝參數，所有控制指標、控制邏輯可根據實際生產情況進行調整、修改；整個控制過程獨立于操作，具有最高的控制優先級，保護工藝、設備的安全，確保安全、清潔、文明生產。DCS系統邏輯關系方框圖如下：硝化劑調節閥門與電磁流量計聯鎖控制流量；超溫關閉調節閥；自動關閉蒸汽進汽閥門，關閉疏水器閥門；聯鎖開啟循環水進出口閥門。溫度信號，流量信號DCS控制系統攪拌電流控制報警、ESD控制方案：當該硝化反應裝置在DCS系統無法進行有效控制的情況下，即反應裝置的溫度超出了極度危險設定值以后9、，ESD能夠及時啟動，對該硝化反應裝置進行緊急停車和緊急放料。當反應裝置溫度超高限或者攪拌電機停機任一情況發生時，ESD系統立即連鎖切斷硝化劑調節閥門。硝化劑調節閥需打開時，在ESD系統中，必須經現場人員確認后手動開閥，并對ESD復位后，ESD自動投入連鎖控制保護狀態。在ESD系統中，設置緊急停車按鈕，緊急停車啟動時，ESD自動投入連鎖控制保護狀態。對連鎖控制項目按啟動條件和動作時序分組，將受相同條件觸發及需同時動作的輸出合用同一切換開關。手動切換開關具有3個位置，其排列位置為執行單元（故障安全型）：自動-脫機-手動。電機開停：自動（開/停）-脫機-手動停；切換開關由一位置切向另一位置的過程中10、應先保持原狀態。ESD系統邏輯關系方框圖如下：溫度超高限報警ESD控制系統緊急切斷硝化劑閥門；自動實施緊急放料至應急接收罐；、自動控制系統網絡框圖如下：3、自動控制過程說明：、自動化控制系統應采用電源開關（配電箱）單獨設置。、自動化控制系統應采用UPS不間斷電源供電。、自動化控制系統中的檢測儀表及執行器，應以隔爆型儀表為主，不足部分采用正壓或其它防爆措施。、為確保執行器在任何故障狀態下都處于過程安全位置，其電路應設計成故障安全型電路，即正常通電，故障斷電動作。、電磁閥必須選用高可靠性電磁閥，并保證接線施工質量。、對送往電氣控制盤用以開停電機的觸點，應將隔離用的中間繼電器的勵磁電路設計為故障安全11、型。、自動化控制系統接地，為獨立接地系統，信號系統需加裝防雷保護。、ESD系統應當獨立于DCS系統，包括設置專門的工作站和專門的氫氣切斷閥門。DCS系統與ESD系統之間采用控制器間硬連線通信方式（Modbus通信等），將DCS數據傳到ESD系統中。七、自動化控制系統的可靠性與實用性：自動化控制系統由監控中心工業控制計算機、通訊網絡、現場智能控制器、現場儀表組成，具有參數收集、聯鎖控制、組態、信號傳輸、監督、預警干預、報表生成、流程顯示、歷史趨勢顯示、現場及遠程報警等功能。本方案采用先進的分布式和模塊化設計理念，利用成熟的軟硬件產品完成整個系統體系架構的搭建。通過實時數據庫，實現監控數據的高效記12、錄、長期存儲、海量查詢和數據處理等；并使用數據轉存功能，為上層應用系統提供穩定的數據源。1、維護工作量小自動化控制系統涉及的終端為智能型控制器，精度高，穩定性好，可大大減少維護人員的工作量，減少維護開支。2、獨立可靠的系統自動化控制系統為分布式安全控制系統，用戶通過方便靈活的組態就可以實現需要的功能。單臺服務器的故障，不會禍及整個系統，只對局部的實時數據有影響；同時，用戶主機房服務器和通訊網絡的故障，也不會造成現場的事故。3、組態靈活，操作方便自動化控制系統可全部自行組態，可以通過設備按鍵或者相關的組態軟件進行組態。計算機上的圖表，如網點分布圖、數據日報表、月報表等，以及報表格式、功能選擇、數13、據采集點的增減等等，均可由軟件應用方的工程師來設置。防爆箱操作鍵盤完全與現場工藝對應，操作簡便，安全。4、系統實時監督功能公司相關職能部門從網絡計算機上就可以實時了解各采集點的數據情況。對于個別異常的數據點，可及時的進行分析和調查，找到問題原因，為公司切實節省能源開支。對于突發事故，職能部門可馬上找出事故地點進行及時處理，并可根據記錄的歷史記錄找尋事故原因，以保證公司內部裝置的安全。5、自動化程度高采用自動化控制系統后，作業現場整潔有序，企業自動化流程會有很大提升。所有數據在現場的智能儀表和監控軟件上均可以查詢，各種報表和所有數據的統計全部由監控軟件自動完成。八、自動化控制系統的技術特點：1、14、本設計方案具有良好的穩定性、可維護性、獨立性，設計合理。2、數據采集記錄終端擁有獨立數據存儲功能，實現歷史數據的本地存儲和查詢，與上層的監控軟件相互獨立，可自成一套穩定的數據采集記錄體系。3、本設計方案具有良好的可擴展性，其中監控軟件的設計適應大型應用需求，適應今后業務擴展。并可在軟件不變的情況下，通過直接改變硬件配置而成倍提高系統的整體性能指標。4、監控軟件提供數據轉存功能，按實際需求開發數據轉存工具，為以后的ERP系統提供精確、穩定的一線數據。5、動態的監控數據畫面，集數據點地理分布顯示、詳細數據調取，動態報警、報警歷史與一體，令監控及管理的工作變的及時、直觀。6、多種監控方式集成的監控環15、境，提供了實時趨勢、歷史趨勢、動態棒圖，全方位滿足用戶的監控需求。7、強大的報表系統，同時支持C/S、B/S模式，支持Excel內所見即所得的報表模板組態，方便用戶擴展報表系統。8、支持Web發布功能，方便用戶的數據瀏覽。9、關系數據庫轉存：監控軟件可以按規則將保存在歷史數據庫中的數據轉儲為信息系統所支持的關系數據庫，并通過特定開發的轉存軟件，對數據進行處理，而后寫入到ERP數據庫，為企業的信息化提供真實而精確的數據。（數據轉存）10、權限管理：權限管理是整套軟件的重要組成部分，通過權限管理與權限認證，讓用戶在系統權限允許的范圍內訪問和修改自己所對應的資源，從而保證系統的安全性。九 儀表清單序號名稱口徑介質數量備注1一體化溫度傳感器10硝化反應釜溫度；雙支2電動調節閥DN40水20冷卻水進出口閥門3高溫電動調節閥DN25蒸汽20蒸汽進出口閥門4電動調節閥DN25硝化劑10硝酸進料調節閥5電動切斷閥DN25硝化劑10硝酸進料切斷閥6電磁流量計DN25硝化劑107聲光報警器10現場報警8隔離變送器10電流信號9電流互感器10控制攪拌電機10電動放料閥DN50酸性10緊急放料閥門11可燃氣體報警器4