2005年10月底，全球首個(gè)煤制烯烴工業(yè)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(yè)，神華集團借助中國煤制化學(xué)品市場(chǎng)快速升溫之機，目前即將在內蒙古包頭建設完成這個(gè)集煤制甲醇、煤制烯烴、發(fā)電于一體的綜合性化工企業(yè)。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(dòng)化控制系統提出了國際一流標準的需求?；贛AV（自動(dòng)化設備）保護傘協(xié)議，霍尼韋爾過(guò)程控制部所提供的以新一代過(guò)程知識系統Experion PKS C200為主的一系列解決方案，實(shí)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(yè)務(wù)多樣化戰略提供了有力支持。

    安全控制成就煤化工戰略

    美國Nexant公司評論認為：“近年來(lái)石油和天然氣價(jià)格的上漲已將使用煤生產(chǎn)化學(xué)品的趨勢推向了一個(gè)戰略轉折點(diǎn)。”尤其在像中國這樣的能源需求迅速增長(cháng)的發(fā)展中國家，更加促使煤制化學(xué)品市場(chǎng)快速升溫起來(lái)。

    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(fā)展潛力，更成為國家的能源補充性戰略之一。

                             

    神華集團借助中國煤制化學(xué)品市場(chǎng)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(fā)電于一體的綜合性化工企業(yè)——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(chǎn)和銷(xiāo)售，電力、熱力生產(chǎn)和供應，煤制油及煤化工，相關(guān)鐵路、港口等運輸服務(wù)為主營(yíng)業(yè)務(wù)的大型綜合性能源企業(yè)，目前擁有29個(gè)全資擁有和主要控股的下屬機構，以及148,000名員工，并已經(jīng)連續5年在中國國民經(jīng)濟貢獻率中名列煤炭行業(yè)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?。?、MTO和煤間接液化一系列其他項目的模型示范工廠(chǎng)。針對這樣一個(gè)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(dòng)化設備）保護傘協(xié)議。首期MAV框架協(xié)議合同額為700萬(wàn)美元。經(jīng)過(guò)多方比較與前期論證咨詢(xún)，用戶(hù)方最終決定選擇霍尼韋爾作為主自動(dòng)化設備提供商，一家不但能夠提供世界最先進(jìn)水平控制平臺的供應商，同時(shí)還能監控協(xié)調各個(gè)工程建設方的服務(wù)伙伴。2007年9月15日，雙方正式簽訂供貨協(xié)議，供貨范圍包括霍尼韋爾Experion PKS C200控制系統、高性能過(guò)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(xié)議所有合同產(chǎn)品的70％以上，預計2010年年初交付完畢。

    挑戰關(guān)鍵性目標

    用戶(hù)方的戰略目標很清楚，不但要利用自身豐富的煤資源生產(chǎn)高附加值的烯烴產(chǎn)品如聚乙烯、聚丙烯和化肥，也是響應政府號召，從原煤生產(chǎn)轉向清潔能源生產(chǎn)，符合國家方針政策的大事情。然而，為保障總體戰略的實(shí)現，霍尼韋爾要面臨的卻是實(shí)實(shí)在在的技術(shù)挑戰。

    首先，作為全球首個(gè)煤制烯烴工業(yè)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(jìn)入工業(yè)化應用。在該項目中，煤經(jīng)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(shù)組成，即煤經(jīng)氣化過(guò)程生成CO和H2(合成氣)，然后合成甲醇，再借助類(lèi)似催化裂化裝置的流化床反應形式，生產(chǎn)低碳烯烴(乙烯和丙烯)。其中，為滿(mǎn)足經(jīng)濟規模甲醇制烯烴裝置所需的大型煤氣化技術(shù)、百萬(wàn)噸級甲醇生產(chǎn)技術(shù)均成熟可靠，關(guān)鍵是甲醇制烯烴裝置技術(shù)。目前，世界上具備商業(yè)轉讓條件的甲醇制烯烴技術(shù)的有美國環(huán)球油品公司和挪威Hydro公司共同開(kāi)發(fā)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(xué)院大連化學(xué)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(méi)有在工業(yè)化裝置中運行，這是項目前期專(zhuān)家論證中的難點(diǎn)之一，對霍尼韋爾的控制系統來(lái)說(shuō)也是一項新的工程挑戰。

    另外，從工程項目的規模來(lái)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(xiàn)，年產(chǎn)中間產(chǎn)品甲醇180萬(wàn)噸、烯烴60萬(wàn)噸，以及最終產(chǎn)品聚乙烯30萬(wàn)噸、聚丙烯30萬(wàn)噸及其他副產(chǎn)品。在這些主要工藝環(huán)節中，杭氧公司的4套6000標準立方米/時(shí)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(xué)院大連化學(xué)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(gè)聯(lián)合控制室（UCR），以及凈水廠(chǎng)現場(chǎng)控制室（LCR）在內的共四個(gè)過(guò)程單元DCS I/O數目超過(guò)48,000個(gè)，安全儀表系統（SIS）的I/O總數超過(guò)5,500個(gè)。這些系統的自動(dòng)化程度非常高，過(guò)程非常復雜，安全性要求非常高，控制中稍微出現一點(diǎn)差錯，就有可能導致化學(xué)物質(zhì)爆炸而危及人員和裝置的安全。同時(shí)，由于裝置各監控點(diǎn)間的邏輯關(guān)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(zhì)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(yè)尤其是像煤制烯烴這樣的新興大型化工行業(yè)，一方面要求傳統的過(guò)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(lèi)突發(fā)事件，另一方面還要求實(shí)現開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )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(jìn)控制優(yōu)化和全廠(chǎng)生產(chǎn)與管理調度提供決策支持。作為霍尼韋爾新一代過(guò)程知識系統的核心之一，Experion PKS C200控制系統相比上一代產(chǎn)品，在安全可靠與靈活性方面都有了很大的改進(jìn)。

                            

    位于聯(lián)合控制室UCR2的空分ASU單元和水煤漿氣化單元是整個(gè)項目中控制規模最大的裝置，I/O點(diǎn)數占所有I/O數目的約1/4，基于控制執行環(huán)境CEE，C200控制系統成為能夠實(shí)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(huán)境CEE使現場(chǎng)的各種控制應用實(shí)現了確定性、一致性并可靠執行，用戶(hù)可以通過(guò)組態(tài)的方式對Experion PKS C200系統進(jìn)行配置，而無(wú)需從頭構建系統。

    為了滿(mǎn)足工藝過(guò)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?；究刂破髋c冗余控制器之間的同步對用戶(hù)完全透明，故障切換時(shí)間對應用來(lái)說(shuō)可以忽略不計，更不會(huì )中斷任何控制，這也是用戶(hù)感覺(jué)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(huán)境，除塵除渣過(guò)程中的惡劣條件，或者是硫磺回收裝置的腐蝕性環(huán)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(guò)程區域的HPM I/O更是具有很高的安全防護等級。

    在系統開(kāi)放性方面，為了滿(mǎn)足用戶(hù)對現場(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)接口模件FIM提供了與全數字基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）H1網(wǎng)絡(luò )的連接，實(shí)現控制器與智能變送器、閥門(mén)定位器、流量計、執行機構等現場(chǎng)設備的互連，另一方面則通過(guò)FTE網(wǎng)橋模件支持容錯以太網(wǎng)FTE解決方案，為Experion服務(wù)器同操作站的通信提供了可靠的100Mbps高速以太網(wǎng)連接，最終實(shí)現了從底層到上層的開(kāi)放系統集成。

    過(guò)程安全的保護神

    隨著(zhù)安全標準的推出以及企業(yè)對安全系統重視度的不斷升級，緊急停車(chē)系統(ESD)在化工系統的關(guān)鍵裝置上正得到廣泛應用，化工生產(chǎn)裝置對緊急停車(chē)系統的依賴(lài)性也越來(lái)越強。在神華包頭項目中，聯(lián)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(guò)程安全保護的需求，安全儀表系統I/O數目超過(guò)5,500個(gè)。根據上述裝置的工作環(huán)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(lián)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(jīng)過(guò)15年可靠驗證的FSC控制系統軟硬件均通過(guò)IEC的IEC61508認證以及國際專(zhuān)業(yè)機構——異常狀態(tài)管理聯(lián)盟（ASM）的論證，是一個(gè)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(shí)現更高的安全控制與保護等級。在實(shí)際運行過(guò)程中，FSC將連續監控上述重要裝置關(guān)鍵過(guò)程的各個(gè)變量，隨時(shí)檢查到超出安全運行界限的偏差，一旦發(fā)現問(wèn)題便立即將過(guò)程強制到安全狀態(tài)。

    此外，為了防止因FSC安全系統自身故障而導致的不必要過(guò)程停車(chē)，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(lián)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(gè)CP或I/O卡故障時(shí)，另一個(gè)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(tài)軟件強大數據處理和圖形表現的能力，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護容易等特點(diǎn)，為裝置事故狀態(tài)下的安全提供了保證。

    隨著(zhù)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(wàn)噸/年MTP的MAV項目，榆林100萬(wàn)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(wàn)噸/年尿素、50萬(wàn)噸/年合成氨工廠(chǎng)項目等?；裟犴f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(shí)，也將繼續保持在這一領(lǐng)域的領(lǐng)先自動(dòng)化系統提供商地位。