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安全控制成就煤化工戰略
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修改時間：2009/1/15 14:01:59 瀏覽次數：4483
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2005年10月底，全球首個煤制烯烴工業化裝置工程--神華集團煤制烯烴項目在內蒙古包頭市奠基。作為中國最大的采煤和煤化工企業，神華集團借助中國煤制化學品市場快速升溫之機，目前即將在內蒙古包頭建設完成這個集煤制甲醇、煤制烯烴、發電于一體的綜合性化工企業。這一總投資高達16億美元的國際一流項目對化工流程的自動化控制系統提出了國際一流標準的需求。基于MAV（自動化設備）保護傘協議，霍尼韋爾過程控制部所提供的以新一代過程知識系統Experion PKS C200為主的一系列解決方案，實現了新型煤化工工藝的控制、安全、信息利用的全面集成，為神華集團的能源業務多樣化戰略提供了有力支持。
美國Nexant公司評論認為："近年來石油和天然氣價格的上漲已將使用煤生產化學品的趨勢推向了一個戰略轉折點。"尤其在像中國這樣的能源需求迅速增長的發展中國家，更加促使煤制化學品市場快速升溫起來。
由于中國擁有豐富的煤炭資源，居世界第三位，成本相對低廉，而中國石油和天然氣資源又相對短缺。因此在一定范圍內，從石油化工向煤化工轉型不但具有發展潛力，更成為國家的能源補充性戰略之一。
作為中國最大的采煤和煤化工企業，神華集團借助中國煤制化學品市場快速升溫之機，即將在內蒙古包頭市建設完成這一集煤制甲醇、煤制烯烴、發電于一體的綜合性化工企業--神華包頭煤化工公司。神華集團是中國唯一一家以煤炭生產和銷售，電力、熱力生產和供應，煤制油及煤化工，相關鐵路、港口等運輸服務為主營業務的大型綜合性能源企業，目前擁有29個全資擁有和主要控股的下屬機構，以及148,000名員工，并已經連續5年在中國國民經濟貢獻率中名列煤炭行業榜首。
作為神華集團的獨資公司，投資總額高達16億美元的神華包頭在神華集團的規劃中將成為后續即將上馬的MTP（甲醇制丙稀）、MTO和煤間接液化一系列其他項目的模型示范工廠。針對這樣一個龐大復雜的工程項目，神華包頭采取了國際流行的具有多家工程、采購和建設（EPC）方的MAV（自動化設備）保護傘協議。首期MAV框架協議合同額為700萬美元。經過多方比較與前期論證咨詢，用戶方最終決定選擇霍尼韋爾作為主自動化設備提供商，一家不但能夠提供世界最先進水平控制平臺的供應商，同時還能監控協調各個工程建設方的服務伙伴。2007年9月15日，雙方正式簽訂供貨協議，供貨范圍包括霍尼韋爾Experion PKS C200控制系統、高性能過程管理站（HPM） I/O、故障安全控制系統FSC、閉路電視監控系統（CCTV）等等，幾乎覆蓋了框架協議所有合同產品的70％以上，預計2010年年初交付完畢。
挑戰關鍵性目標
用戶方的戰略目標很清楚，不但要利用自身豐富的煤資源生產高附加值的烯烴產品如聚乙烯、聚丙烯和化肥，也是響應政府號召，從原煤生產轉向清潔能源生產，符合國家方針政策的大事情。然而，為保障總體戰略的實現，霍尼韋爾要面臨的卻是實實在在的技術挑戰。
首先，作為全球首個煤制烯烴工業化裝置工程，神華包頭項目的一些重要工藝裝置還是首次在中國進入工業化應用。在該項目中，煤經甲醇制烯烴的工藝主要由煤氣化制合成氣、合成氣制取甲醇、甲醇制烯烴三項主要技術組成，即煤經氣化過程生成CO和H2(合成氣)，然后合成甲醇，再借助類似催化裂化裝置的流化床反應形式，生產低碳烯烴(乙烯和丙烯)。其中，為滿足經濟規模甲醇制烯烴裝置所需的大型煤氣化技術、百萬噸級甲醇生產技術均成熟可靠，關鍵是甲醇制烯烴裝置技術。目前，世界上具備商業轉讓條件的甲醇制烯烴技術的有美國環球油品公司和挪威Hydro公司共同開發的甲醇制低碳烯烴(MTO)工藝、德國魯奇公司的甲醇制丙烯(MTP)工藝、中國科學院大連化學物理研究所的甲醇制低碳烯烴(DMTO)工藝。但是這三種工藝之前都還沒有在工業化裝置中運行，這是項目前期專家論證中的難點之一，對霍尼韋爾的控制系統來說也是一項新的工程挑戰。
另外，從工程項目的規模來看，神華包頭項目采用上述的水煤漿氣化－合成氣－甲醇－烯烴的工藝路線，年產中間產品甲醇180萬噸、烯烴60萬噸，以及最終產品聚乙烯30萬噸、聚丙烯30萬噸及其他副產品。在這些主要工藝環節中，杭氧公司的4套6000標準立方米/時的空分單元（ASU）、雪佛龍德士古公司的7套水煤漿氣化裝置（5套投入運行，2套備用，神華包頭可能是雪佛龍德士古公司全球最大的安裝項目）、戴維公司的甲醇制備裝置、中國科學院大連化學物理研究所的甲醇制低碳烯烴（DMTO）裝置、ABB LUMMUS公司的聚乙烯（PE）制備裝置，以及陶氏UNIPOL提供的聚丙烯（PP）裝置是霍尼韋爾控制系統要面對的主要工藝控制對象。
其中，包括煤處理設備、7套水煤漿氣化裝置與甲醇制備、甲醇制低碳烯烴（DMTO）等三個聯合控制室（UCR），以及凈水廠現場控制室（LCR）在內的共四個過程單元DCS I/O數目超過48,000個，安全儀表系統（SIS）的I/O總數超過5,500個。這些系統的自動化程度非常高，過程非常復雜，安全性要求非常高，控制中稍微出現一點差錯，就有可能導致化學物質爆炸而危及人員和裝置的安全。同時，由于裝置各監控點間的邏輯關系和控制相當復雜，安全性要求很高，因此一方面對控制設備的質量和可靠性提出很高的要求，另一方面對控制系統的功能與全面性也提出了很高要求。
打造可靠而靈活的化工流程
現代化的化工流程行業尤其是像煤制烯烴這樣的新興大型化工行業，一方面要求傳統的過程控制系統DCS必須穩定可靠，魯棒性好，能夠迅速處理數據和響應各類突發事件，另一方面還要求實現開放的網絡連接，靈活的數據采集與一致的數據處理能力，從而與上層的先進控制優化和全廠生產與管理調度提供決策支持。作為霍尼韋爾新一代過程知識系統的核心之一，Experion PKS C200控制系統相比上一代產品，在安全可靠與靈活性方面都有了很大的改進。
位于聯合控制室UCR2的空分ASU單元和水煤漿氣化單元是整個項目中控制規模最大的裝置，I/O點數占所有I/O數目的約1/4，基于控制執行環境CEE，C200控制系統成為能夠實現該處常規控制、快速邏輯、順序和批量控制應用的理想解決方案。集魯棒性、靈活性和一致性為一體的控制執行環境CEE使現場的各種控制應用實現了確定性、一致性并可靠執行，用戶可以通過組態的方式對Experion PKS C200系統進行配置，而無需從頭構建系統。
為了滿足工藝過程控制所要求的高可靠性，C200控制系統全部采用了控制處理器模件冗余和電源模件冗余。基本控制器與冗余控制器之間的同步對用戶完全透明，故障切換時間對應用來說可以忽略不計，更不會中斷任何控制，這也是用戶感覺C200系統體現較高的冗余可靠性的地方。
另外，為了適應像水煤漿氣化裝置的高溫環境，除塵除渣過程中的惡劣條件，或者是硫磺回收裝置的腐蝕性環境，C200控制系統的所有模件不但都可以帶電插拔，而且附加了防腐蝕鍍層，直接按照在上述過程區域的HPM I/O更是具有很高的安全防護等級。
在系統開放性方面，為了滿足用戶對現場數據采集、系統集成和數據支持決策的要求，一方面C200系統利用現場總線接口模件FIM提供了與全數字基金會現場總線（FF）H1網絡的連接，實現控制器與智能變送器、閥門定位器、流量計、執行機構等現場設備的互連，另一方面則通過FTE網橋模件支持容錯以太網FTE解決方案，為Experion服務器同操作站的通信提供了可靠的100Mbps高速以太網連接，最終實現了從底層到上層的開放系統集成。
過程安全的保護神
隨著安全標準的推出以及企業對安全系統重視度的不斷升級，緊急停車系統(ESD)在化工系統的關鍵裝置上正得到廣泛應用，化工生產裝置對緊急停車系統的依賴性也越來越強。在神華包頭項目中，聯合控制室UCR2和UCR3的氣化、凈化、甲醇、氫回收、MTO、烯烴分離、PP、PE等重要裝置都有過程安全保護的需求，安全儀表系統I/O數目超過5,500個。根據上述裝置的工作環境特性，選用了霍尼韋爾故障安全控制FSC系統，由它執行安全聯鎖系統的控制部分，獨立于C200控制系統，使安全水平達到IEC提出的SIL3級標準。
經過15年可靠驗證的FSC控制系統軟硬件均通過IEC的IEC61508認證以及國際專業機構--異常狀態管理聯盟（ASM）的論證，是一個基于雙重或四重化結構的安全控制系統。FSC系統支持最新的2oo4D表決原理，可以實現更高的安全控制與保護等級。在實際運行過程中，FSC將連續監控上述重要裝置關鍵過程的各個變量，隨時檢查到超出安全運行界限的偏差，一旦發現問題便立即將過程強制到安全狀態。
此外，為了防止因FSC安全系統自身故障而導致的不必要過程停車，FSC機柜采用了中央控制元件（Central Part）全冗余，I/O模件部分冗余的系統結構組成該安全聯鎖系統。這種控制器和重要I/O雙冗余的結構，可以保證當一個CP或I/O卡故障時，另一個CP或I/O繼續工作，從而保證系統的連續操作。
FSC利用了組態軟件強大數據處理和圖形表現的能力，融合了較先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術，具有可靠性高、操作簡單、維護容易等特點，為裝置事故狀態下的安全提供了保證。
隨著神華包頭項目的成功投運，在今后2～3年內，神華集團計劃將陸續建設神華寧煤60萬噸/年MTP的MAV項目，榆林100萬噸/年MTO、榆林煤間接液化項目、寧夏煤礦間接液化項目和通遼52萬噸/年尿素、50萬噸/年合成氨工廠項目等。霍尼韋爾的安全與控制平臺在成就了神華集團的現代煤化工戰略的同時，也將繼續保持在這一領域的領先自動化系統提供商地位。
