冷凍機組自動化改造在氯氣液化工藝中的應用

張建剛，趙傳福，吳曉玲

(內蒙古蘭太鈉業(yè)有限責任公司，內蒙古阿拉善 750336)

內蒙古蘭太鈉業(yè)有限公司(以下簡稱“公司”)利用低溫低壓法進行氯氣的液化。目前，保障螺桿氟冷液化機組安全運行的保護連鎖只有油溫高溫停機保護、排氣壓力高壓停機保護。保障螺桿氟冷液化機組高效運行的方法有：人工適時調節(jié)冷凍溫度或液氯尾氣閥以提高液化效率;人工適時調節(jié)機組內制冷劑的循環(huán)量來控制機組的制冷量；人工適時調節(jié)循環(huán)水閥控制油溫，人工適時調節(jié)油位。因此，為了加強氯氣安全生產管理，歸檔重要設備參數(shù)，盡量降低操作員對設備的誤操作，氯氣液化工藝的自動化改造勢在必行。

1 需要實現(xiàn)的控制功能統(tǒng)計

公司各專業(yè)人員積極參與，與第三方進行現(xiàn)場勘查和充分溝通后，確定了以下九項需要實現(xiàn)的控制功能。這些功能主要是冷凍機油溫自動控制功能、設備停機后自動回收制冷劑功能、冷凍機自動加載與卸載控制功能、冷凍機重要參數(shù)顯示、預報警、報警功能、遠程開停機功能、重要數(shù)據(jù)歸檔功能、根據(jù)壓縮機吸氣壓力自動控制儲氟罐往蒸發(fā)器供液功能、增加高壓儲氟罐液位信號遠程功能。要實現(xiàn)上述功能需增加一臺PLC機柜，將油溫、油壓等模擬量信號進行采集，機組現(xiàn)場控制柜上加裝觸摸屏用于現(xiàn)場控制與參數(shù)顯示,監(jiān)控室加裝上位機安裝冷凍機機組組態(tài)程序，將原手動調節(jié)閥更換為電動調節(jié)閥或電磁閥等工作。

2 功能控制描述

2.1 冷凍機油溫自動控制功能

將原油冷凝器循環(huán)水進口閥門更換為電動調節(jié)閥，在機頭部位加裝溫度探頭T3。當設備運行后通過油溫T3對電動調節(jié)閥進行閉環(huán)控制，使電動調節(jié)閥能夠隨著油溫的變化自動調整開關度。此功能達到后可代替人工調節(jié)循環(huán)水閥。閉環(huán)控制性能如下：(1)可選擇自動與手動控制；(2)自動控制設定控制目標值；(3)設定自動控制目標正反作用；(4)設定自動控制目標限制最小/最大開度值；(5)手動控制根據(jù)要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節(jié)；(6)自動調節(jié)閥現(xiàn)場可以用手輪調節(jié)，安裝在進口管手動閥的出口端。

2.2 冷凍機吸氣壓力與電子膨脹閥自動控制功能及設備停機后自動回收制冷劑功能

在儲氟罐往蒸發(fā)器供氟利昂的主管道上加裝旁通冷媒球閥,主管道上加裝電子膨脹閥，與壓縮機吸氣壓力實現(xiàn)閉環(huán)控制。當設備運行時，旁通冷媒球閥保持常閉狀態(tài)，電子膨脹閥隨著吸氣壓力的變化調節(jié)開關度，自動控制儲氟罐往蒸發(fā)器供液量的大小，實現(xiàn)目標自動調節(jié)。此功能達到后可代替人工調節(jié)機組內制冷劑的循環(huán)量，詳情如下： (1)可選擇自動與手動控制；(2)自動控制設定控制目標值；(3)設定自動控制目標正反作用；(4)設定自動控制目標限制最小/最大開度值；(5)手動控制根據(jù)要求選擇閥門開度對目標溫度進行調節(jié)；(6)電子膨脹閥與現(xiàn)場手動閥并聯(lián)安裝。在設備停機時可在遠程端或就地端選擇制冷劑回收，系統(tǒng)會根據(jù)特定程序對冷凍機進行制冷劑回收程序，當回收成功后冷凍機會自動進行停機。

2.3 冷凍機自動加載與卸載控制功能

將原能量調節(jié)閥(四通換向閥)上的手動閥更換為電磁閥，根據(jù)壓縮機吸氣溫度T2對能量調節(jié)電磁閥進行自動能量調節(jié)，可在現(xiàn)場觸摸屏或后臺上位機上選擇自動加卸載或手動加卸載。此功能達到后可代替人工調節(jié)機組加卸載。

2.4 冷凍機重要參數(shù)顯示、預報警、報警功能

由于冷凍機排氣溫度、儲氟器液位、冷凍機排氣壓力、冷凍機吸氣溫度、冷凍機吸氣壓力、冷凍機油溫溫度、冷凍機油壓壓差、冷卻循環(huán)水溫度等參數(shù)已接入DCS，可通過更換一進二出信號隔離柵或新裝探頭等措施，上傳至PLC模塊內轉換為數(shù)字信號，通過光纖上傳至上位機。組態(tài)內容包含冷卻循環(huán)水壓力報警提示、報警停機。參數(shù)自動記錄、參數(shù)自動報表等功能。在控制柜內加裝電流互感器，將信號上傳，實現(xiàn)冷凍機電流遠程顯示，編程內增加排氣壓力高報警停車功能。

2.5 遠程開停機功能

實現(xiàn)遠程停機功能,在崗位操作臺上加裝急停按鈕(硬件連接控制)，以應對突發(fā)情況。

2.6 將儲氟器液位顯示實現(xiàn)遠程顯示功能

將儲氟器原玻璃管液位計更換為磁翻板液位計，將4 mA～20 mA信號接入PLC模擬量模塊AE08，實現(xiàn)儲氟罐液位的遠程顯示功能，代替人工現(xiàn)場巡檢工作。

2.7 所有工藝參數(shù)實現(xiàn)聲光報警功能

冷凍機原有的保護不拆除，實現(xiàn)硬件與軟件雙重保護?？刂乒癫捎肬PS供電，確保在全廠停電的狀態(tài)下，電動閥可關閉。

3 改造實施

從施工方案的編制評審、儀表控制線路的布設、儀表閥的安裝調試、系統(tǒng)編程到系統(tǒng)的接線調試，歷經緊張的一個月時間，完成了改造工程的現(xiàn)場實施。主要畫面提供：生產控制——冷凍機操作參數(shù)顯示，數(shù)據(jù)查詢——歷史數(shù)據(jù)曲線，操作說明——重要操作說明資料，系統(tǒng)設置——權限分配和時鐘設置，輸入輸出檢查——檢查CPU的工作情況、模擬量斷線、短路自我檢查，參數(shù)設置——模擬量量程、模擬量修正、報警參數(shù)設置、維護保養(yǎng)時間設置，曲線查詢——模擬量每時每刻的監(jiān)控曲線，便于查詢系統(tǒng)性能，故障查詢——傳感器斷(短)路、設備故障、溫度壓力預報警或報警、維護保養(yǎng)，操作權限分配——操作員、維修員、工程師、主管，以及打印系統(tǒng)參數(shù)及畫面。

4 結束語

在前期的改造實施和調試后，經過兩個月的試運行和跟蹤驗證，氯氣液化系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項工藝指標均優(yōu)于改造前。通過氯氣液化工藝的自動化改造，克服了改造前存在的人工調節(jié)頻繁、液化機組運行效率低、運行維護成本高等缺點，為企業(yè)的減員增效和安全生產奠定了工藝基礎。