摘要：
重庆天然气净化总厂作为我国天然气净化工业的“摇篮”，经过40多年的发展壮大，现拥有天然气净化装置12套，年处理天然气能力超过1×m3。伴随着自动化技术飞速发展，天然气净化行业仪表经历了现场仪表从气动仪表到智能仪表，自控仪表系统由单元组合仪表到先进的集散控制系统、紧急停车系统、火灾气体监测系统的发展历程。自控技术经过多年的发展趋于先进、稳定、成熟。本文对含硫天然气净化厂自控仪表系统的特点进行阐述，提出一些宝贵的经验供同行参考。
关键词：
自控系统；天然气净化；硫磺回收装置
中图分类号：TP29文献标识码：B文章编号：Doi:10./j.issn.-..03.
引言
天然气净化装置主要是除去原料天然气中夹带的化学药剂、烃类、游离水、固体杂质，并脱除酸性组分，如硫化氢、二氧化碳，净化后天然气进一步脱水达到管输要求，将脱除的硫化氢反应生产硫磺进行回收，达到环保排放要求，同时配置了一些公用系统如污水处理、蒸汽、新鲜水和循环水、空氮、工厂风仪表风、燃料气。天然气净化工艺技术较为成熟，脱除天然气中的酸性组分主要采用化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法。脱水的工艺主要有三甘醇脱水、分子筛脱水等。硫磺回收主要有常规克劳斯工艺、冷床吸附（CBA）工艺、超级克劳斯（SuperClaus）工艺、低温克劳斯吸附（MCRC）、中国石油硫磺（CPS）回收技术等。
天然气净化装置自控仪表系统发展至今，现场仪表同其他化工行业一样，实现对压力、温度、液位、流量参数的测量与控制，由于天然气净化工艺高温、高压、易燃、易爆、腐蚀性强的特殊性，对现场仪表的要求有所不同[1]。中央控制系统采用常规DCS、ESD、FGS组合方式实现对装置的监视控制、联锁保护、火灾气体检测系统。
复杂设备的控制、保护基本采用就地PLC控制盘方式，通常配置液晶现场触摸显示屏作为人机界面。重要参数通过数字通讯方式在控制室集中显示，这类设备有硫磺回收装置主风机、硫磺回收主燃烧炉点火控制盘、溶液循环泵、锅炉燃烧机、公用单元控制站等。
下面分别从现场仪表、控制系统、重要控制方案、在线分析仪介绍含硫天然气净化装置的仪表系统特点。
1现场仪表
根据天然气净化工艺的特殊性现场仪表地选择有一定的特殊要求。仪表材质要求。由于原料天然气含有较高浓度的H2S和CO2，有较强的腐蚀性，在与介质接触传感器的材质方面必须具有抗H2S和CO2的腐蚀；硫磺回收装置的过程气温度较高，高温下腐蚀性更强，并且过程气中的SO2容易与过程气中的水生成H2SO3，具极强的腐蚀性，传感器必须能耐腐蚀；在吸收再生系统中，吸收溶剂胺液具有碱性，就要求传感器具有抗碱腐蚀的能力。
现场仪表的特点如下：
1）压力测量类仪表，压力测量技术成熟，就地测量选择弹簧管式压力表，需要远传选择智能压力、差压变送器。被测介质腐蚀性强选择隔膜压力仪表，隔膜的材质可以根据被测介质进行有针对性的选择，如，测量盐酸选择哈氏合金C-，测量含硫化氢介质选择L不锈钢。
2）液位检测仪表，差压式液位计原理简单，技术成熟。在天然气净化装置应用比较广泛，备件易于管理，使用维护对仪表维护人员要求不高。因此，差压式液位计广泛用于脱硫、脱水、硫磺回收、公用单元的液位测量。缺点是需要灌装隔离液，在脱硫单元溶液出现发泡时将严重影响到液位的测量。智能扭力管浮筒液位计性能稳定、安装方式多样，可以用于重要液位测量场合和差压式液位计作对比检测，如脱硫塔液位、闪蒸塔液位，但价格略贵[2]。
3）温度测量仪表，测温仪表现场就地指示选择双金属温度计，采用保护套管结构，保护管材质结合工艺介质工况选择，必要时保护管外做表面处理以提高抗腐蚀能力。硫磺回收装置介质温度较高、腐蚀性强。主燃烧炉炉膛温度测量选择B、S分度号高温热电偶，保护管材质结构及安装都直接关系热电偶的使用寿命。工艺操作也是影响使用寿命的重要因素。同时炉膛温度采用非接触式测温仪表进行检测，光学高温计多采用进口产品，价格贵，使用方法得当基本免维护。主燃烧炉外表面采用表面热电偶进行温度检测。反应器床层温度采用多点（通常情况3点）不同插深热电偶测量不同床层温度。
4）流量测量仪表，净化装置进装置原料气、出装置产品气计量通常采用高级孔板阀计量，达到计量精度的要求，实现不停产维护检查。其他流量测量可以使用简易孔板、孔板法兰、转子流量计、涡街流量计、电磁流量计、均速管流量计、楔形流量计对工艺参数计量。根据不同的场合选择不同类型流量计。脱水单元汽提气流量因为量小，内藏孔板式流量计拆装维护方便比较适合。硫磺回收单元风机入口流量选择进口均速管流量计比较适合，硫磺回收主燃烧炉的空气、酸气流量因为工作压力低、要求压损小，文丘里管流量计比较适合，但设计上应考虑节流件尺寸便于合适的压差测量范围。对于超级克劳斯工艺一、二、三级再热炉的燃料气和空气都要求计量准确。进口涡街流量计因测量范围宽、精度高是不错地选择。
2控制系统
控制系统更新、发展主要包括软件和硬件两个方面。软件伴随着操作系统的更新后升级换代，系统硬件性能则伴随着电子技术、自控技术、通讯技术发展而日新月异。
年长寿分厂采用美国霍尼韦尔TDC软硬件系统，操作系统为DOS操作系统。年垫江分厂技术改造采用Windows3.2中文操作系统，和利时HS软硬件[3]。2年引进分厂、年渠县分厂技术改造采用windowsNT4.0中文操作系统，软硬件则采用北京和利时MACAII控制系统。这一阶段中央控制室全部为DCS完成所有的过程控制、联锁保护、火灾气体检测功能。
年新建忠县分厂控制系统采用霍尼韦尔PKS+FSC控制系统。控制系统分为两部分，PKS主要用于过程控制，FSC用于联锁保护，操作系统为Windows操作系统。年引进分厂、垫江分厂、渠县分厂升级改造，紧急停车系统（ESD）从常规DCS系统中独立；火灾气体检测（FGS）从常规DCS系统中独立。
年新建大竹分厂、年新建万州分厂、年川中油气矿新建龙岗净化厂、年长寿分厂DCS系统升级均采用霍尼韦尔PKS+SM系统，操作系统为WindowsXP、Windowsserver。FGS系统为独立的一套监控系统。年忠县分厂控制系统安全隐患治理，也采用霍尼韦尔PKS+SM系统，操作系统因WindowsXP停产，也采用Windows7专业版、WindowsServer版操作系统。
天然气净化处理装置DCS系统采用国产系统或进口系统。国产系统以和利时、浙大中控为主；引进系统主要有霍尼韦尔、福克斯波罗、艾默生、西门子等。国产系统价格相对较低、软件功能比较完善，组态界面、操作界面为中文易于掌握，但硬件的稳定性离进口系统仍有一定的差距；进口系统软件系统庞大，界面相对复杂，除一些描述性内容可以为中文，基本都是英文，组态的难度相对大一些，一旦工程组态调试完毕使用起来还是很方便的，进口系统价格稍贵。
紧急停车系统基本都为进口产品，主要有霍尼韦尔、德国黑马、TRICON，采用冗余容错技术，硬件与软件技术都十分成熟，对于以脱硫为主的天然气净化装置紧急停车系统主要实现：
1）过滤分离、脱硫、脱水单元的联锁保护。即压力超高放空、脱硫塔、脱水塔低液位联锁保护，确保设备的安全以及天然气净化脱硫的质量。
2）硫磺回收装置主燃烧炉、灼烧炉的点火程序及硫磺回收装置的联锁保护。如果采用超级克劳斯回收工艺，还包括各级再热炉、克劳斯反应炉的点火程序及熄火保护。
3）若有斯科特尾气处理装置，还包含制氢反应炉的点火程序及熄火保护。由于紧急停车系统只配置工程师站进行控制方案组态、调试。控制方案的设计与组态显得非常重要，所以，要求工程师组态彻底掌握设计方案，组态人员要具有丰富的程序设计经验。
3重要控制方案
天然气净化装置的控制大部分为简单控制回路。控制装置的压力、液位、温度、流量。脱硫单元再生塔塔顶温度控制为串级回路，酸气分液罐压力控制为分程控制。其他复杂回路主要集中在硫磺回收装置中，如酸水分液罐的液位控制、主燃烧炉的配风控制、废热锅炉的液位控制及灼烧炉的配风控制。冷床吸附工艺（CBA）反应器切换是典型的顺控程序，硫磺回收主风机的控制属于顺控与逻辑控制相结合的控制方式，下面进行简要介绍[4]。
3.1配风控制
首先以超级克劳斯回收工艺为例，说明主燃烧炉的配风控制方案，包含了主要的设备及流程。如图1所示。
feedgas酸气air助燃空气wasteheatboiler余热锅炉