三重冗余安全表决系统(GMR)在新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉中的应用

文主要阐述了GE智能平台的90TM-70PLC系统在新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉紧急停车系统(ESD)的应用设计。叙述了新型气化炉的工艺特点以及对ESD系统的需要,同时对联锁系统的实现和联锁系统的投用均有较为详细的说明,充分表明了在新型对置式四喷嘴气化炉在运行过程中,自动控制系统在其中起的举足轻重的作用!

项目名称
    三重冗余安全表决系统(GMR)在新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉中的应用

应用背景
    我公司所用三套多喷嘴对置式新型水煤浆气化技术属于国家“十五”期间“863”课题,由兖矿集团和华东理工大学联合开发的,具有我国自主知识产权、第一套千吨级气化装置。该气化炉的比氧耗、比煤耗、合成气有效气体成分、碳转化率、灰渣可燃物含量均优于国外引进的先进技术。可以说该气化炉技术是世界上最先进的气流床煤气化技术之一。
    该项目自动控制部分由Honeywell公司的Experion PKS 系统和GE智能平台的GMR紧急停车系统共同完成,其中GMR系统主要负责气化炉的开停车逻辑管理。
从空分工段来的氧气和气化高压煤浆泵送来的浓度63.5%的煤浆在一定的安全联锁条件下(由程序自动控制),通过特制的烧嘴混合后喷入气化炉内,进行迅速的氧化和部分氧化反应。正常生产条件下,炉温1300~1450℃、压力
2.7MPa,生成的水煤气经洗涤塔洗涤后送往后续变换工段,制取合成气。
气化主要反应机理如下:
     CnHm+(n/2)O2 nCO+(m/2)H2
    气流床反应器中物料停留时间较短(仅数秒钟),且氧气直接参与氧化和部分氧化反应。氧煤比是气流床气化反应中极重要的工艺条件之一,如果控制不好氧煤比就可能发生爆炸等事故,造成巨大损失,具有化工行业中高温,高压,易燃,易爆,有毒等危害。这里就要求根据工艺条件如煤浆流量低通过ESD系统紧急停车以保证安全。

解决方案
1 系统构架
    ESD(气化炉紧急停车保护)系统使用的是GE 智能平台公司的90TM-70PLC,本系统采用了三重优化方案,大大提高了系统的可靠性。系统由四大部分组成:上位机、总线、PLC控制器、输入/输出模块。

主要性能:
 结构紧凑单槽的CPU模块,在CPU模块中有两个处理器。分别处理模拟量和高速的开关量。
 CPU具有处理浮点运算的能力。
 系统机架采用标准的VME总线结构,可安装第三方的VME标准模块。
 系统90-70PLC I/O容量最大为开关量12288点,模拟量8192点。
 CPU的内存从512K字节到6M字节。
 具有系统和模块自诊断功能,极易排除故障。
 系列90-70PLC可构成ESD的三重优化GMR系统配置。
 系列90-70PLC具有功能很强的编程及组态软件。
2 硬件组成
    在硬件方面,模拟量和开关量输入都采用三选二表决输出到CPU中,即一个信号分别进入到三个模块中。对于开关量输出,采用的是H型输出模式,输出信号在DO模块里进行表决。即每一个现场输出模块是两个Genius源输出模块和两个Geniusl漏输出模块来表决输出。
    GMR三重优化冗余系统最重要的特点是其具有消除任何故障的特有能力。基于三个独立的PLC和广泛的诊断系统,GMR三重化冗余系统通过3选2的表决来提供高可靠性和无误差的操作,以此来保证联锁的实现。

 

3 系统的HMI界面

实施结果

    通过GE 智能平台在多喷嘴对置式新型水煤浆气化紧急停车系统上成功应用,使我公司三套系统安全顺利开车,实现了生产安全稳定的运行,同时使生产可视可控达到管控一体化。希望GE智能平台通过其先进的技术为更多控制行业提供更安全更强大的成功案例,不断促进中国过程控制水平的提高。

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