淺談先進(jìn)控制在碳化過程的應(yīng)用

摘 要：純堿裝置是化學(xué)工業(yè)中最復(fù)雜的控制對象之一，尤其是碳化單元，其被測介質(zhì)由氣、液、固三相組成，同一設(shè)備存在制堿和清洗兩種狀態(tài)，在一定程度上限制了自動化水平的提高，因此有必要針對碳化裝置的特性進(jìn)行生產(chǎn)過程優(yōu)化控制，進(jìn)一步提高碳化生產(chǎn)的控制水平。

關(guān)鍵詞：碳化過程 先進(jìn)控制

中圖分類號：TQ114.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0063-01

1 實施范圍

“碳化工序先進(jìn)控制和優(yōu)化”項目采用APC-Adcon先進(jìn)控制軟件，對碳化工序25座碳化塔實施先進(jìn)控制和優(yōu)化，達(dá)到平穩(wěn)生產(chǎn)、優(yōu)化操作、優(yōu)質(zhì)低耗、安全生產(chǎn)的目的。實施范圍如下。

（1）建立五組（25座）碳化塔“制堿”階段的先進(jìn)控制和優(yōu)化系統(tǒng)；（2）建立五組（25座）碳化塔“清洗”階段的先進(jìn)控制和優(yōu)化系統(tǒng)。

2 先進(jìn)控制的目標(biāo)

（1）提高裝置綜合自動化水平，穩(wěn)定生產(chǎn)工況、改善工藝指標(biāo)，提高主要工藝參數(shù)的平穩(wěn)度，標(biāo)準(zhǔn)方差減少幅度40%以上；（2）基于裝置的平穩(wěn)操作，通過“卡邊”控制，在保證出堿液質(zhì)量指標(biāo)和出堿總量的前提下，挖掘生產(chǎn)裝置的潛力，提高生產(chǎn)裝置的整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益；（3）控制系統(tǒng)要安全、可靠，能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不能出現(xiàn)故障，正常情況下，確保先進(jìn)控制系統(tǒng)的投運(yùn)率在90%以上；（4）穩(wěn)定純堿質(zhì)量，碳化結(jié)晶沉降時間不高于目前水平；（5）獨立完成與DCS之間的數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)先進(jìn)控制系統(tǒng)的冗余運(yùn)行，具備良好的病毒隔離性能，保證先進(jìn)控制與現(xiàn)有控制系統(tǒng)無擾動切換；（6）實現(xiàn)各清洗塔中和水溫度及塔壓等的先進(jìn)控制。先進(jìn)控制投運(yùn)后，有效地改善碳化過程的物料平衡，平穩(wěn)過渡的操作；（7）降低操作人員的勞動強(qiáng)度。

3 先進(jìn)控制平臺架構(gòu)

4 先進(jìn)控制實施方案

4.1 碳化塔制堿過程控制器的功能

中部溫度-總出堿量子控制器：通過動態(tài)調(diào)節(jié)中段氣流量、下段氣流量、出堿流量，克服中段氣壓力波動的干擾，在盡量保持最大總出堿量的條件下實現(xiàn)對17圈溫度的約束控制，并根據(jù)各碳化塔的運(yùn)行工況進(jìn)行生產(chǎn)負(fù)荷的動態(tài)分配，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

出堿溫度子控制器：通過動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水調(diào)節(jié)閥開度，克服冷卻水溫度及壓力、出堿流量波動的干擾影響，平穩(wěn)控制出堿溫度，以保證結(jié)晶質(zhì)量，穩(wěn)定碳化轉(zhuǎn)化率。

塔況智能診斷專家控制器：通過總結(jié)實際操作經(jīng)驗建立制堿塔中部溫度分布（12圈、17圈、23圈溫度）專家控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)制堿塔內(nèi)的溫度分布情況、尾氣壓力變化等判斷制堿塔內(nèi)碳酸化反應(yīng)段是否出現(xiàn)上移或下移以及冒塔，及時合理調(diào)節(jié)中和水進(jìn)塔流量、中段氣流量、下段氣流量、出堿流量等控制手段，實現(xiàn)對反應(yīng)段位置的有效控制；建立各塔塔底壓力高限智能監(jiān)控系統(tǒng)，一旦塔底壓力超過設(shè)定高限，系統(tǒng)能夠及時自動調(diào)節(jié)中和水進(jìn)塔流量及出堿流量，適當(dāng)降低塔內(nèi)液面，防止因碳化尾氣總管壓力突變或過高時損壞設(shè)備，有效防止冒塔事件發(fā)生；針對夏季生產(chǎn)因冷卻能力不足而導(dǎo)致出堿溫度過高的現(xiàn)象，建立出堿溫度和出堿流量的協(xié)調(diào)約束控制，防止出堿溫度過高而影響碳化轉(zhuǎn)化率。

4.2 碳化塔清洗過程控制器的功能

塔底壓力子控制器：通過動態(tài)調(diào)節(jié)氨鹽水進(jìn)塔調(diào)節(jié)閥開度，克服碳化尾氣總管壓力波動的干擾，實現(xiàn)對塔底壓力的平穩(wěn)控制，穩(wěn)定塔內(nèi)液面高度，從而平穩(wěn)清洗氣、中段氣的進(jìn)塔流量，為清洗塔的清洗和預(yù)碳化過程提供良好的運(yùn)行環(huán)境。

中和水溫度子控制器：通過動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水調(diào)節(jié)閥開度，克服冷卻水溫度及壓力波動的干擾影響，平穩(wěn)控制中和水溫度。

中和水CO2濃度子控制器：系統(tǒng)能夠根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷的大小即進(jìn)清洗塔氨鹽水流量的大小合理調(diào)節(jié)清洗氣、中段氣進(jìn)塔流量，實現(xiàn)對中和水CO2濃度的平穩(wěn)控制。

5 結(jié)語

碳化工序生產(chǎn)過程先進(jìn)控制和優(yōu)化可以有效地抑制外部擾動，合理動態(tài)調(diào)節(jié)碳化塔制堿過程和清洗過程中的各操作變量，平穩(wěn)碳化塔關(guān)鍵工藝指標(biāo)，提高碳化轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量，達(dá)到裝置效益最佳的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。同時可以降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)裝置工藝參數(shù)的平穩(wěn)性，也達(dá)到了節(jié)能降耗的要求。