ECS-700系統(tǒng)在聚酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

姚士英

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

ECS-700系統(tǒng)在聚酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

姚士英

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

通過(guò)分析聚酯生產(chǎn)的方法及工藝流程，根據(jù)聚酯切片生產(chǎn)的技術(shù)要求及裝置原有分散控制系統(tǒng)(DCS)的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了ECS-700 DCS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和配置，最終實(shí)現(xiàn)了ECS-700 DCS系統(tǒng)在聚酯切片生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

聚酯 分散控制系統(tǒng) 控制方案

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)聚酯裝置生產(chǎn)能力為100 kt/a，主要產(chǎn)品為聚酯專(zhuān)用料切片，包括超有光切片和膜級(jí)切片。該裝置是20世紀(jì)80年代從美國(guó)進(jìn)口的整套設(shè)備，在正常運(yùn)行20多年后，原有的分散控制系統(tǒng)(DCS)出現(xiàn)故障率逐漸增加的情況，同時(shí)由于該控制系統(tǒng)年代較久遠(yuǎn)，相關(guān)設(shè)備的備件價(jià)格高且不容易購(gòu)買(mǎi)，存在系統(tǒng)可靠性降低等問(wèn)題。上海石化經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的控制系統(tǒng)綜合比較后，決定將原有DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行整改，換用浙江中控技術(shù)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)浙江中控)最新研發(fā)的ECS-700控制系統(tǒng)。

1 聚酯主要工藝流程

上海石化聚酯裝置包括漿料配制工序、第一酯化工序、第二酯化及工藝塔工序、第一縮聚工序、第二縮聚工序、輸送工序。主要工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 聚酯生產(chǎn)工藝流程

裝置以精對(duì)苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，采用直接酯化連續(xù)縮聚工藝生產(chǎn)聚酯專(zhuān)用料切片。PTA通過(guò)一條輸送能力為30 t/h的輸送線(xiàn)從大料倉(cāng)送到日料倉(cāng)，新鮮EG用泵通過(guò)管線(xiàn)從罐區(qū)送入本裝置。裝置主流程共設(shè)置5個(gè)反應(yīng)器，其中2個(gè)立式酯化反應(yīng)器，2個(gè)預(yù)縮聚反應(yīng)器，1個(gè)后縮聚反應(yīng)器，2個(gè)酯化反應(yīng)器共用1個(gè)分離EG和水的工藝塔。第一預(yù)縮聚反應(yīng)器為立式槽，不設(shè)攪拌裝置，用液環(huán)真空泵產(chǎn)生真空，第二預(yù)縮聚反應(yīng)器和終縮聚反應(yīng)器為圓盤(pán)式，2個(gè)反應(yīng)器共用1套四級(jí)EG蒸汽噴射泵系統(tǒng)。每個(gè)縮聚反應(yīng)器與其配套附屬的真空設(shè)備間設(shè)刮板冷凝器，第二預(yù)縮聚反應(yīng)器和終縮聚反應(yīng)器之后分別設(shè)有熔體過(guò)濾器。切片生產(chǎn)使用水下切粒機(jī)，用氣力輸送方式將切片輸送至成品倉(cāng)。

2 ECS-700控制系統(tǒng)在聚酯裝置上的應(yīng)用

2.1 ECS-700控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

ECS-700系統(tǒng)是浙江中控WebField系列控制系統(tǒng)之一，是致力于幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)自動(dòng)化的大型高端控制系統(tǒng)。系統(tǒng)支持16個(gè)控制域和16個(gè)操作域，每個(gè)控制域支持60個(gè)控制站，每個(gè)操作域支持60個(gè)操作站，單域支持位號(hào)數(shù)量為65 000點(diǎn)。

ECS-700系統(tǒng)按照可靠性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，能充分保證系統(tǒng)安全可靠。系統(tǒng)所有部件支持冗余，在任何單一部件故障情況下系統(tǒng)仍能正常工作。同時(shí)ECS-700系統(tǒng)具備故障安全功能，輸入/輸出(I/O)模塊在網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，能自動(dòng)進(jìn)入預(yù)設(shè)的安全狀態(tài)，可以有效保證人員、工藝系統(tǒng)或設(shè)備的安全。

另外，ECS-700系統(tǒng)作為大規(guī)模聯(lián)合控制系統(tǒng)，具備完善的工程管理功能，包括多工程師協(xié)同工作、組態(tài)完整性管理、在線(xiàn)單點(diǎn)組態(tài)下載、組態(tài)和操作權(quán)限管理等，并提供相關(guān)操作記錄的歷史追溯。ECS-700系統(tǒng)融合了最新的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持PROFIBUS、MODBUS、FF、HART等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的接入和多種異構(gòu)系統(tǒng)的綜合集成。ECS-700系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ECS-700系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意

上海石化聚酯裝置DCS改造項(xiàng)目共設(shè)置5個(gè)操作站、2個(gè)工程師站、2個(gè)控制站和一套冗余過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。除切粒輸送系統(tǒng)通過(guò)浙江中控的COM722通訊模塊與DCS系統(tǒng)通訊外，其余設(shè)備均由DCS自動(dòng)控制，控制回路132個(gè)，涵蓋常規(guī)PID單回路控制、串級(jí)控制、分程控制、比例控制。聯(lián)鎖控制共計(jì)45個(gè)，在聯(lián)鎖切除/投用和聯(lián)鎖值設(shè)定方面比原系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單和直觀，只要權(quán)限允許，在工藝聯(lián)鎖畫(huà)面用鼠標(biāo)打開(kāi)對(duì)話(huà)框即可操作。聚酯裝置現(xiàn)場(chǎng)電氣儀表I/O監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)2 800 個(gè)(包括備用點(diǎn)在內(nèi))，類(lèi)型包括控制器FCU711-S、I/O連接模塊COM711-S、PROFIBUS主站通信模塊COM722-S、模擬信號(hào)輸入模塊AI711-S、熱電阻信號(hào)輸入模塊AI731-S、模擬信號(hào)輸出模塊AO711-S、數(shù)字信號(hào)輸入模塊DI711-S以及數(shù)字信號(hào)輸出模塊DO711-S，其中AI模塊576個(gè)，AO模塊440個(gè)，DI模塊1 040個(gè)，DO模塊544個(gè)，全部I/O信號(hào)模塊通過(guò)通訊電纜連接并實(shí)現(xiàn)聚酯裝置的自動(dòng)控制。

2.2 主要控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)施[1]

2.2.1 漿料調(diào)制控制

PTA粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料器定量送出，通過(guò)振動(dòng)篩把粉料中夾帶的異物除去，以防損壞稱(chēng)量裝置。PTA稱(chēng)量裝置是一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)，對(duì)PTA粉料作連續(xù)計(jì)量加入到調(diào)配槽，用PTA的進(jìn)料量調(diào)節(jié)EG的加入量和催化劑加入量，以保證穩(wěn)定的漿料配比。

漿料調(diào)制過(guò)程：PTA供應(yīng)槽和EG供應(yīng)槽向漿料調(diào)制槽連續(xù)注料，同時(shí)使用部分酯化釜回流EG注入。符合要求密度的漿料由泵送到漿料供應(yīng)槽，供酯化流程使用。

物質(zhì)的量比控制方案：漿料調(diào)制槽的PTA注入量由回轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，EG的注入量是EG供應(yīng)槽流量和酯化回流流量的總和?？刂莆镔|(zhì)的量比的目的是控制漿料槽的出口物料密度，密度控制模塊為主回路，物質(zhì)的量比控制模塊為副回路，EG流量控制模塊為下級(jí)副回路。控制PTA和EG的注入量，即可控制漿料中各組分物質(zhì)的量比。在此，PTA注入量變化較小，回轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速由電氣變頻直接控制，DCS主要控制EG的注入閥來(lái)達(dá)到控制物料物質(zhì)的量比和密度的目的。而物質(zhì)的量比的穩(wěn)定有助于提高酯化質(zhì)量，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

2.2.2 數(shù)據(jù)的平滑處理

帶有攪拌器的反應(yīng)器，因?yàn)閿嚢杵鞯倪\(yùn)行引起液位的波動(dòng)，使得液位的實(shí)時(shí)測(cè)量值波動(dòng)也非常大，如果不經(jīng)平滑處理直接作為控制回路的輸入，則會(huì)引起調(diào)節(jié)閥門(mén)頻繁動(dòng)作，使得閥門(mén)的使用壽命大大減少，所以在本項(xiàng)目中需要對(duì)帶有攪拌器的反應(yīng)器的液位值進(jìn)行平滑處理。以R04.1反應(yīng)器液位為例(見(jiàn)圖3)，經(jīng)過(guò)平滑處理的液位值相對(duì)未經(jīng)平滑處理的液位實(shí)時(shí)測(cè)量值有了明顯的改善。

圖3 調(diào)整前后液位走勢(shì)

2.2.3 第二預(yù)縮反應(yīng)器黏度與電流變化率控制

來(lái)自上一工段的預(yù)聚物自流進(jìn)入第二預(yù)縮聚反應(yīng)器，操作壓力是其最重要的控制參數(shù)，用安裝在出料管路上黏度計(jì)的測(cè)量值或攪拌器電流值的變化率(電流值的變化率可以間接的反應(yīng)黏度)調(diào)節(jié)壓力控制值，通過(guò)調(diào)節(jié)第三級(jí)噴射泵平衡蒸汽管線(xiàn)控制閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的操作壓力。

2.2.4 后縮聚反應(yīng)器大林黏度控制

后縮聚反應(yīng)器中操作壓力的變化對(duì)改變特性黏度最敏感，因此是最重要的控制參數(shù)，在控制中用反應(yīng)器出口特性黏度的測(cè)量值和圓盤(pán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)電流來(lái)調(diào)節(jié)操作壓力的控制值。另一個(gè)重要參數(shù)是料位，在反應(yīng)器進(jìn)、出料側(cè)各設(shè)置一個(gè)料位計(jì)，通過(guò)兩個(gè)料位的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)輸送泵的出料量以及物料的停留時(shí)間。該控制對(duì)象是純滯后對(duì)象，使用大林算法來(lái)控制，大林算法是由美國(guó)IBM公司的大林(Dahllin)于1968年針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含純滯后的控制對(duì)象的控制算法。該算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制算法，使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為帶有原純滯后時(shí)間的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時(shí)間與被控對(duì)象的滯后時(shí)間相同。此算法具有消除余差、對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用等特點(diǎn)。

2.2.5 第三方設(shè)備的接入

現(xiàn)在的控制系統(tǒng)基于安全性、復(fù)雜性和先進(jìn)性，會(huì)采用很多第三方系統(tǒng)，并要求DCS系統(tǒng)與這些第三方系統(tǒng)進(jìn)行可靠通信。ECS-700系統(tǒng)通過(guò)配套的COM722通信模塊與切粒輸送部分的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，使得操作員在控制室內(nèi)就可以控制切粒輸送設(shè)備，并可以獲得切粒輸送設(shè)備的數(shù)據(jù)。PROFIBUS主站通信模塊COM722作為一個(gè)PROFIBUS-DP主站接口，用于將標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP從站設(shè)備接入ECS-700系統(tǒng)，也可以通過(guò)西門(mén)子耦合器和鏈接器接入PROFIBUS-PA設(shè)備，COM722-S作為PROFIBUS-DP系統(tǒng)的主站，和標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP從站通訊，比特率187.5～1 500 kpbs。

3 結(jié)束語(yǔ)

聚酯生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)的要求較為嚴(yán)格。浙大中控的ECS-700控制系統(tǒng)在該項(xiàng)目中充分發(fā)揮了其先進(jìn)性，在程序量比較大的條件制約下，控制器處理速度及存儲(chǔ)容量的提高滿(mǎn)足了復(fù)雜的運(yùn)算及程序執(zhí)行的要求，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)各種需要。該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取，以及通過(guò)OPC瀏覽生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等功能，滿(mǎn)足了生產(chǎn)監(jiān)視、程序控制、操作畫(huà)面、參數(shù)報(bào)警、資料記錄及趨勢(shì)等項(xiàng)的功能要求，運(yùn)行安全可靠。國(guó)產(chǎn)化DCS系統(tǒng)在生產(chǎn)中的更多應(yīng)用使得項(xiàng)目改造成本不斷降低，而且操作方法易學(xué)易會(huì)，工藝流程一目了然，完善的人機(jī)交互給運(yùn)行人員帶來(lái)了全新的操控體驗(yàn)。

[1] 王再英，劉淮霞．過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

從丹化科技年報(bào)看煤制乙二醇真實(shí)成本

2015年3月4日，丹化化工科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)丹化科技)發(fā)布2014年年度報(bào)告，2014年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入10.27億元，同比增長(zhǎng)38%，實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)1 743萬(wàn)元，同比扭虧為盈。丹化科技稱(chēng)，公司主要由控股子公司通遼金煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)通遼金煤)開(kāi)展生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，產(chǎn)品有3種：乙二醇、乙酸和催化劑。

年報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2014年通遼金煤共生產(chǎn)乙二醇126.6 kt，乙二醇總成本5.37億元，亞化咨詢(xún)據(jù)此計(jì)算通遼金煤2014年乙二醇生產(chǎn)成本為4 242元/t(含原材料、人工工資、能源、折舊和其他)，相比2013年大幅下降1 817元/t。研究表明，成本的降低主要?dú)w功于開(kāi)工率的提升帶來(lái)的每噸產(chǎn)品分?jǐn)傉叟f、人工和原料消耗的降低。

年報(bào)披露，2014上半年通遼金煤的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況仍存在起伏，平均生產(chǎn)負(fù)荷約為64%。在6月的停車(chē)檢修后，生產(chǎn)負(fù)荷和產(chǎn)品質(zhì)量均得到明顯提升，全年共生產(chǎn)乙二醇126.6 kt、乙酸52.2 kt，年平均負(fù)荷約76%，其中下半年平均負(fù)荷約89%。

2014年丹化科技共銷(xiāo)售乙二醇128.3 kt，乙二醇營(yíng)業(yè)收入6.66億元，據(jù)此計(jì)算乙二醇銷(xiāo)售單價(jià)為5 189元/t(不含附加稅)，毛利率達(dá)17.7%。年報(bào)還顯示，2014年丹化科技乙酸和催化劑分別實(shí)現(xiàn)1.95億元和1.35億元的銷(xiāo)售收入，毛利率分別為50.3%和46.1%。

亞化咨詢(xún)根據(jù)年報(bào)數(shù)據(jù)繪制了丹化科技銷(xiāo)售收入的區(qū)域分布圖。從分布圖中可以看出，華東和華南地區(qū)共占丹化科技總銷(xiāo)售來(lái)源的68.5%。2011年以來(lái)，華北等地稀土冶煉企業(yè)對(duì)于稀土分離及提純的工藝整合，使乙酸市場(chǎng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。再接合年報(bào)披露的，2014年前5名客戶(hù)銷(xiāo)售額5.36億元，占年度銷(xiāo)售總額的52.3%。據(jù)此推測(cè)通遼金煤乙酸主要銷(xiāo)往華北地區(qū)用于稀土冶煉，催化劑主要銷(xiāo)往河南永金、而乙二醇主要銷(xiāo)往華東和華南地區(qū)，并且已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于聚酯生產(chǎn)。

2009—2015年中國(guó)華東地區(qū)乙二醇價(jià)格大部分時(shí)間高于7 000元/t(含附加稅)。因此可以認(rèn)為，當(dāng)國(guó)際油價(jià)處于合理區(qū)間，煤制乙二醇的確具有良好的利潤(rùn)空間。

2015年度通遼金煤的首要任務(wù)是繼續(xù)本著“安全、穩(wěn)定、連續(xù)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”的生產(chǎn)方針，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)全年平均生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的85%以上，年產(chǎn)銷(xiāo)乙二醇145 kt、乙酸55 kt，優(yōu)等品產(chǎn)出率穩(wěn)定在98%以上。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

Application of ECS-700 System in Production of Polyester

Yao Shiying

(PolyesterDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

Based on analysis of the production methods and process of polyester, in view of the technological requirements of polyester clips production and the application situation of original distribution control system (DCS) of the plant, the overall design scheme and configuration of ECS-700 DCS system were introduced, which were successfully applied in production process of polyester clips.

polyester, DCS, control scheme

2015-01-26。

姚士英，女，1966年出生，1989年7月畢業(yè)于西北大學(xué)數(shù)學(xué)系數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)，理學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師，從事計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作。

1674-1099 (2015)02-0047-04

TP273

A