智能无线技术在催化剂转炉温度监测中的应用

      催化剂转炉作为催化剂生产过程中的关键设备，其温度监测非常重要，无线仪表相对于传统的滑环式温度测量方式，安装简单，调试方便，数据传输稳定，参数准确，解决了从滑环连线易损坏的问题。       

1. 中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司及催化剂厂
        中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司是集炼油、化工和化肥生产为一体的的大型石化企业，是中国西部地区最大的石化企业。公司拥有原油一次加工能力1050万吨/年。并具备相配套的二次加工能力，能生产汽油、柴油、煤油、润滑油、催化剂、合成橡胶等400余种石化产品，是我国生产石化产品品种比较齐全的企业之一。
        中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司催化剂厂建厂于1964年，位于黄河之滨、古丝绸之路重镇——甘肃省兰州市。是我国专门从事石油裂化催化剂工业开发生产的基地，是国内三大催化裂化催化剂生产基地之一，被誉为“石油裂化催化剂的摇篮”。主流产品年生产能力达到50000吨，是中国石油目前唯一的催化裂化催化剂生产基地
2. 催化剂转炉的温度监测
        催化剂转炉是催化剂生产过程中的关键设备。兰州石化分公司催化剂厂的催化剂转炉的长度为30米，运行温度1000摄氏度，转速为4~5转/分钟，控制系统采用的是和利时的PLC，每台设备有4个温度测点。在催化剂的生产过程中要随时对温度进行监测，以保证转炉的正常运转和全装置的安全平稳运行，同时转炉的温度直接影响到产品的质量和生产过程中的能耗，因此准确、可靠的测量转炉的温度十分重要。传统上催化剂转炉的温度监测采用滑环测温的方式来测量温度，如图1所示。
 

  图1  催化剂转炉的滑环测温

        催化剂转炉的滑环式测温属于直接测量，利用热电偶测量转炉的温度。采用滑环测温时，热电偶的两端分别连接在两个滑环上，每个滑环分别与一个碳刷联接，碳刷固定在一根连杆上，通过导线与温度变送器连接。同时滑环测温的缺点也十分明显，主要有：
         1、由于滑环失圆和转炉的振动，碳刷会高频率地跳跃，导致信号传导不连续，造成信号丢失。
         2、滑环所在的环境温度很高，会造成滑环绣蚀，同时粉尘会在碳刷和滑环之间造成绝缘阻隔，导致信号失真。
         3、热电偶测量为毫伏信号，易受到干扰，影响测量精度。
         4、由于滑环的机械结构，导致维护量较大，维护费用高。
         由于滑环测温存在上述的缺点，无法及时、准确、可靠的测量温度，而温度的失真会影响产品的质量并增加装置的能耗。随着催化剂厂对产品质量和能耗的要求日益提高，在不对转炉进行大规模改造的前提下，寻求一种能够准确可靠的测量催化剂转炉的新方法成为一种切实的需求。

3. 艾默生智能无线技术解决方案
         为了能够及时准确地测量催化剂转炉的温度，提高产品的质量稳定性和降低能耗，兰州石化催化剂厂对包括滑环测温、红外线成像、无线测温等方案进行了对比，综合各个方案的特点，最后选取了艾默生公司的智能无线技术作为解决方案，对催化剂转炉的测温系统进行了改造，取得了很好的成果。该方案使用无线温度变送器648直接与热电偶连接，安装在炉体上，无线温度变送器648将采集到的信号无线传输到无线智能网关1420，网关1420由EtherNet 连接，以OPC协议与和利时PLC系统通讯。现场安装图如图2所示。
 

图2  艾默生智能无线测温方案安装示意图

3.1   艾默生智能无线方案的优势
         艾默生智能无线方案的优势
         1、采用与有线变送器相同的检测元件，保证工艺数据来源可靠。
          2、无线网关主动搜索并自动调整无线网络以适应无线设备的增加或减少，同时网关可管理并选择数据传输的路径，采用时间同步技术，以此保证数据传输实时可靠。
          3、上位机组态方便，无专用软件，IE浏览器组态界面友好，人机交互性强，支持多种通讯协议。
          4、无线网络安装方便，从安装无线仪表到读取数据只用3个小时。
          5、无需敷设电缆和桥架，节省安装成本。
          6、无线设备具有自诊断功能，可以同时检测电池电量和环境温度。

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3.2. 艾默生智能无线系统的架构和主要设备特点
3.2.1. 系统架构
         无线控制系统一般由各类工况监测无线变送器、无线网关、装有IE浏览器的PC机组成。其结构如下图所示：
 

图3 艾默生无线解决方案结构

3.2.2. 艾默生智能无线网关1420的功能和特点
          无线网关在无线控制系统中起到中间转换的作用，它是连接现场设备和控制系统的桥梁，实现网络管理、数据管理和设备管理的三大功能。首先网关要管理其辖区内的无线设备，根据其位置分布自动建立通讯网络，保证各个被检测的工艺参数准确可靠的传输到网关，一旦网络建立，即利用标准接口和支持相应的通讯协议将收集到的工艺数据和设备状态数据送入控制系统内，以实现对现场设备及工艺数据的监控。网关和上位机通信时，支持ModubusRS-485、ModbusTCP/IP及EtherNet  OPC的通讯协议，与DCS、PLC或SCADA系统无缝连接；
         下图为艾默生智能无线网关1420的外观照片：
 

图4    艾默生智能无线网关1420

3.2.3. 无线温度变送器    
        智能无线温度变送器Rosemount648，其主要性能和特点与有线仪表相同，只是其信号输出采用支持WirelessHART协议的无线输出，采用智能电源模块供电。下图为Rosemount智能无线温度变送器648的外观照片：

 图5   Rosemount 648无线温度变送器

4. 应用体会
        催化剂转炉作为催化剂生产过程中的关键设备，其温度监测非常重要，无线仪表相对于传统的滑环式温度测量方式，安装简单，调试方便，数据传输稳定，参数准确，解决了从滑环连线易损坏的问题。和使用有线仪表相比，维护的工作量大大降低。无线温度变送器648和无线网关的抗干扰能力强，即使在振动噪音较大，温度很高的环境中，运行稳定，传输的数据准确可靠。使用智能无线设备，解决了转炉温度监测的难题，为企业提高产品质量、降低能耗提供了有效的技术支持。

关于艾默生过程管理
        艾默生过程管理（(暂不可见)）是艾默生业务的一部分，其在帮助各行业实现生产、过程控制及输配自动化等领域中，始终居于领先地位，并广泛服务于化工、石油和天然气、炼油、纸浆和造纸、电力、水和废水处理、冶金和矿业，食品和饮料、生命科学及其它行业。公司将先进的产品和技术与具有行业特点的工程、咨询、项目管理和维护服务相结合。艾默生旗下的品牌包括PlantWeb™, Syncade™, DeltaV™, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Daniel™, Ovation™, Bettis™, EIM, 和 AMS Suite.
关于艾默生
        总部位于美国圣路易斯市的 Emerson （纽约证券交易所股票代码: EMR）是一家全球领先的公司，该公司将技术与工程相结合，通过网络能源、过程管理、工业自动化、环境优化技术及工具和储存业务为工业、商业及消费者市场客户提供创新性的解决方案。公司 2010 财年的销售额达 210 亿美元。如欲了解进一步信息，欢迎访问(暂不可见) （全球）、(暂不可见)（中国）。

（艾默生过程管理公司 杨光）

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