DCS石油化工行业的发展及应用

  点击数:4892  发布时间:2010-12-17 15:39
关键词:化工 ,DCS


    20世纪70年代中期,大规模集成电路取得实破性的发展,8位微处理器普及,使自动化仪表工业发生巨大的变化。

    其中原来正处在十字路口的集中式计算机控制系统,很快吸收了微处理器技术,诞生了微机集散系统,全称为微处理器的总体分散型控制系统(Total Distributed Control System with μp),在1975年首先由美国Honeywell公司发表了TDC2000总体分散型控制系统,其特征是完成8个回路控制的基本控制器(BC)可以分散的设置,通过数据高速公路(DHW)的数据总线把多台BC与CRT(阴极射线管)操作站连接在一起,形成各节点都有计算机的分布式计算机控制系统,与其同时,美国、日本、英国、法国、加拿大等国都开发出相应的产品,相继应用在以模拟量回路控制为主的系统中,应用行业遍及石油、化工、冶金、电力、轻工,建材、公用工程等各行业,这类产品统称DCS( Distributed Control System)。

    70年代,炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业发展非常迅猛,如我国那个时期就引进了多套年产30万吨乙烯为首的整套装置,其它还有大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装置,所以DCS在市场细分中以满足石油化工等流程工业为主,这是市场的需要。在这些行业中,温度、压力、流量、液位的检测和控制占了绝大部分,所以这些模拟量的数据采集和控制成为DCS的首先应满足的功能,而DCS的前身(集中计算机控制系统),已有了成熟的DDC(直接数字控制)技术;此外石化工业中,在塔、釜、罐等大型工艺设备运转中,少不了各种机电设备如风机、泵类及各种阀门的开关量的检测和控制,所以开关量的顺序控制也是很重要的,这是DCS应满足的第二个功能;在石化工业中,反应罐等设备是间歇式工作的,即一批原料投入,经过反应,形成产品,产出后,经过间歇,再投第二批原料,这种批量控制是石化行业中不少产品的生产装置的控制形式,这要求开关量、模拟量结合进行控制,现在也有称它为混合控制系统(Hybrid Control System)。当然,除此三项控制功能外,还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等要求。另外在石油化工大型装置和中、小型装置要求对应DCS产品又有所细分,所以产生了大型DCS和中小型DCS产品,而且各DCS厂家在应用实绩方面也产生了细分市场,如有些厂家的DCS产品用于锅炉控制能力更强,有些厂家的DCS用于海上采油平台业绩更多等等。目前,世界上有数十家DCS厂家,据美国ARC(Automation Research Corporation)1996年统计,下述排名前10家公司占到80%以上的市场份额:Honeywell(21.6%)、Elsag Bailay(12.6%,包括H&B公司)、ABB(9.7%)、Yokogawa(9.6%)、Foxboro-Eckardt(9.3%)、Fisher-Rosemount(6.0%) Yamatake Honeywell(4.6%)、Siemens(4.0%)、Cegelec/AEG Automatic System(ATT)(3.2%)、Westinghouse(3.1%)。在亚洲(日本以外)的市场份额为:Honeywell(27.4%)、Yokogawa(12.6%) 、Foxboro-Eckardt(1.4%)、ABB(8.1%)、Elsag Bailay(6.4%)、Cegelec/ATT(5.5%)、Fisher-Rosemount(4.8%)、Yamatak Honeywell(4.2%)、其它公司19.6%。ARC对1996-2004年的DCS市场分析指出:亚洲DCS市场增长较快,1996年DCS整个世界市场为70.08亿美元,2000年为96.37亿美元,其中亚洲市场分别为11.388亿美元和20.67亿美元,即由亚洲占世界份额由16.25%增至21.45%,或称亚洲2000年比1996年DCS市场增长了82%,即每年增长20%。其中小型DCS(10万美元,30回路以下)增长最快,其次为中型DCS(50万美元,150回路以下),具体见附表,事实表明,21世纪开放几年亚洲形势更好。

    关于DCS应用行业的分布,以日本CENTVM系统应用实绩为例:化工(含石油化工)占50.74%,石油和天燃气占15.73%,钢铁占7.72%,水处理(自来水厂等)占4.81%,有色金属占4.24%,纸桨和造纸占8.25%,其它占8.4%。当然这个比例与日本国情有关,如其中未计入电力行业应用DCS,这是因为横河公司虽然在锅炉控制方面应用实例很多,但多属于石化等企业内工业锅炉和自备电厂锅炉,而未进入火力发电厂、原子能发电厂等电力行业。而日本电力行业应用DCS是比较多的,日本东芝、富士、日立、三菱等公司火力发电设备均由本公司产的DCS配套,又日本贝利公司的DCS,在日本电力市场中占有率也较高。

    我国在大型进口设备成套中引入国外的DCS及石化等行业改造中设计采用国外DCS以外,经过20多年的努力,国内已有多家生产DCS的厂家,其中和利时、浙江中控、上海新华3家已具有相当规模。国内石化行业已使用国内外出产的700多套DCS,应用水平也较高,自动投运率在90%以上,目前正向充分发挥DCS功能和开展先进控制和优化方向发展。据估计,由于DCS在石化行业大中型自控装置中近5年内没有可替代产品,到2005年,我国石化行业要有1000多套装置需要应用DCS控制,而设备更新改造扩容也需要扩大原来DCS系统,至於日常维护、备品备件,那也是很可观的,所以今后一段时间内,DCS在石化行业中的重要性是不容置疑的,但改善功能、兼容新技术、降低价格、提高应用水平、改善服务水平的任务也迫在眉睫的。温故而知新,让我们顺着DCS的发展轨迹来了解DCS吧!

    到目前为止,用户对DCS所存在的问题,有3个方面的意见是一致的,即系统开放性问题;与现场传感器、变送器、执行器的接线问题;价格较贵问题。这些问题在第三代DCS中已开始得到解决。在21世纪,新一代的DCS应满足用户这方面的需求。下面谈谈在石油化工行业中应用DCS两个问题。

(1) 选型问题

    石化行业在应用DCS中,无论新建项目或是改造项目,首先是DCS的选型问题。监於各种DCS有其通用性,而且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多,所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号,只规定I/0点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求,标书中为了显示公平、公正、公开的原则,还提出DCS应符合各种标准或特殊的性能指标等等。这里要提醒买方,由於这些年国产DCS水平提高,应在标准和各项特殊指标和投标资格的规定方面给以重视,如以往在标书中多列出国际或国外的各项标准,而对国内DCS等相关标准重视不够或不了解,如目前国内DCS是依据GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序等标准,这应列入标书中,这种要求是正当的,正直的。

    关于业绩问题,这是DCS选型和投标方资格论证的一个敏感问题。DCS的功能比较复杂,DCS开发过程是针对不同行业的,而且具体的工程项目的要求也很多,很难对DCS作唯一的选择,所以如某DCS用於本类工程较多,这样业主选用该DCS,选型风险就比较小,这是合情合理的。但国产DCS历史较短,在某些行业大型工艺装置上使用的业绩较少或没有,所以“实绩”这个门槛问题还要具体情况具体分析,如某国产DCS可靠性很高,在类似工艺的中小装置上应用很好,又有系统扩充能力等再加上国产DCS厂家,掌握原程序,可以按照业主要求增加某些特殊功能等,所以在同等价格的条件下,可以参加竟争。

(2) 服务问题

    DCS发展到今,DCS厂家的硬件、软件自己生产的部分愈来愈少,而提供全面解决方案(Solutions),却成了时髦的口号,这其中包括了多项软技术,所以服务问题成了DCS厂家或系统集成商的新亮点。如何全面的为用户服务呢?对一个工程项目来说,包括前服务、中服务、后服务。DCS是技术含量很高的产品,所以在合同签订前的方案认证、报价,技术谈判等方面,DCS是厂家应无偿的服务;在合同签订后,开工后、投产前硬件方案最终确认,软件(指系统组态等)编制和键入生成,整机出厂前的验收,工程技术人员和操作人员的技术培训等中期服务是义不容辞的;货到现场后的开箱验收、整机现场安装通电验收、回路静态连调、顺序控制逻辑关系的确认。直至整个工艺装置开车中系统投运的指导,程序修改后的拷贝和工程验收,这是后服务。后服务可以延伸至保质期内的维修服务(无偿)及以后的日常运行中的有偿维修服务(全球24小时响应)等及Intermet网远程服务。这些都是现在应该享受的,这是DCS厂家或系统集成商的义务。这方面国内DCS厂家应该有条件做得更好,而且前正是弱项,应该迎头赶上。

    所谓工程就应该有头有尾,我们应该把DCS工程有始有终的做好,搞好服务,使DCS工程经济效益、社会效益双丰收。
 

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