異戊橡膠配劑系統(tǒng)控制方案的實現(xiàn)

周世軍 王新強(中國石油獨山子石化公司，新疆 獨山子 833699)

異戊橡膠配劑系統(tǒng)控制方案的實現(xiàn)

周世軍 王新強(中國石油獨山子石化公司，新疆 獨山子 833699)

介紹異戊橡膠裝置配劑方案儀表配套設(shè)計以及自控方案在CS VP及TRICONEX設(shè)計與應(yīng)用，根據(jù)不同自控設(shè)計配置方案，比較方案各種利弊，并提出優(yōu)化的儀表設(shè)計方案。

配劑;事故安全;操作站;流量累積;模塊

1 異戊橡膠裝置工藝流程概述

采用稀土催化劑，連續(xù)溶液生成聚異戊二烯橡膠產(chǎn)品。單體異戊二烯與催化劑溶解在脂肪烴、脂環(huán)烴、芳烴或混合溶劑中，經(jīng)過聚合反應(yīng)釜生成的高分子橡膠溶解在溶劑中，形成膠液，送入汽提單元。通過汽提蒸汽及攪拌作用下，膠液分散成小顆粒，經(jīng)過氣相分離，生成的固體膠粒懸浮在熱水中。送入后處理單元，完成振動脫水、洗膠、擠壓脫水、膨脹干燥、熱風(fēng)干燥、壓塊成型、產(chǎn)品包裝等等全過程。其中工藝生產(chǎn)線有：一條催化制備生產(chǎn)線、一條單體精制生產(chǎn)線、兩條聚合生產(chǎn)線、兩條汽提生產(chǎn)線、兩條后處理生產(chǎn)線、一條溶劑回收生產(chǎn)線。

2 異戊橡膠裝置配劑控制流程

異戊橡膠在催化劑單元，聚合單元，汽提單元都存在配劑工藝。

配劑組分通過氮氣壓或是動力泵將配劑組分注入在配劑罐內(nèi)，在罐為攪拌混合配劑，完成工藝設(shè)定濃度配置。配劑組分支線上設(shè)有流量控制閥，當(dāng)流量累積設(shè)定達到累積設(shè)定值時，聯(lián)鎖切斷配劑組分支線上切斷閥。

催化單元配劑主要為為聚合單元提供合格的聚合催化劑。配劑主要包括：1、甲苯收料工藝配劑，2、16%TIBA溶液配制，3、16%DIBAH溶液配制 4、3%TIBA溶液配制。5、2%DIBAH溶液配制6、漿狀NCS溶液配制,7間戊二烯精制KOH催化劑中溶劑量環(huán)己酮丁醇配制。8、廢合成催化劑處理稀硫酸配制，加入10%硫酸同廢催化劑反應(yīng)，以使催化劑失活處于安全狀態(tài)。

聚合反應(yīng)末釜出口膠液中注入抗氧劑，防止橡膠氧化。主要配劑有抗氧劑配制。

汽提單元主要是配制含有Ca++離子的分散劑，分散劑可防止膠?；ハ嗾尺B，達到較好的汽提效果。1、消泡劑配制2、硬脂酸鈣配制 3、分散劑配制罐配制4、PH調(diào)節(jié)劑配制5、氫氧化鉀溶液稀釋劑配制。

3 異戊橡膠裝置配劑方案儀表設(shè)計總體方案

根據(jù)橡膠流程特點儀表設(shè)計從儀表選型及回路設(shè)計，聯(lián)鎖邏輯，操作站設(shè)計，需要全面考慮。

儀表選型：例如:催化劑配置單元從工藝介質(zhì)特性及工藝要求精度較高，儀表選型多采用精度較高（精度等級0.5）的質(zhì)量流量計作為配劑計量，以滿足工藝配劑劑量控制要求，汽提單元配劑相對較為寬松，故儀表選型考慮工藝介質(zhì)特性及性價比，選擇渦街流量（計精度等級0.75）即可滿足工藝要求。再者根據(jù)介質(zhì)特性需選擇適合工況的流量計，如廢合成催化劑處理中稀硫酸劑量的劑量采用測量管及浮子材質(zhì)的金屬浮子流量計進行質(zhì)量測量。儀表選型是儀表工作可靠，工藝控制前提條件。

回路設(shè)計：橡膠裝置可根據(jù)SIL安全等級劃分，設(shè)計DCS和SIS系統(tǒng)，催化劑配置影響橡膠在聚合反應(yīng)聚合率及產(chǎn)品性能指標(biāo)，催化劑配置不合格，影響后續(xù)聚合反應(yīng)：聚合在一定壓力和溫度下進行反應(yīng)，反應(yīng)過程的化學(xué)品種類多，反應(yīng)溫度要求控制低溫。一旦失誤即可造成事故。如反應(yīng)溫度超過正?？刂浦笜?biāo)有可能發(fā)生爆聚“坨釜”現(xiàn)象。所以催化劑配置影響產(chǎn)品是否達標(biāo)，嚴(yán)重的安全高效生產(chǎn)重要因素。在橡膠催化劑配制單元自控多采用SIL等級較高的SIS系統(tǒng)做為工藝控制系統(tǒng)。嚴(yán)格執(zhí)行SIL等級劃分，在自控回路環(huán)節(jié)盡可能減少中間環(huán)節(jié)，選擇故障率較低的可靠地儀表元器件，保證安全等級。對于配劑流量既參與聯(lián)鎖又參與DCS調(diào)節(jié)的，可在回路中設(shè)計信號分配器，實現(xiàn)將配劑流量引入DCS，SIS系統(tǒng)中。對于工藝控制指標(biāo)較為要求不嚴(yán)的配劑操作可采用DCS系統(tǒng)完成工藝配劑。如：汽提單元配劑可采用DCS系統(tǒng)設(shè)計聯(lián)鎖?？蓽p少回路元器件及系統(tǒng)I/O通道，節(jié)省投資。從較少投資上也可將聯(lián)鎖切斷閥閥回訊引入DCS系統(tǒng)，即可完成切斷閥位狀態(tài)監(jiān)測以及事故分析功能(系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計時鐘同步)。因此自控設(shè)計應(yīng)充分考慮工藝控制需求，安全等級，性價比上選擇適宜的控制系統(tǒng)。

根據(jù)項目情況可設(shè)置SIS操作站也可以不設(shè)置SIS操作站，無操作站可省去相應(yīng)投資，配劑操作可在DCS上實現(xiàn)。方便操作人員集中，高效操作，同時無操作站，增加了DCS與SIS系統(tǒng)直接往來信號。系統(tǒng)方案設(shè)置時應(yīng)從，安全性，操作習(xí)慣，投資綜合考慮。

4 異戊橡膠裝置配劑方案特點

以催化單元16%TIBA溶液配制為例，說明其配劑特點。

工藝配劑流程系簡述：原料甲苯經(jīng)過干燥處理后與用氮氣壓進純?nèi)惗』X，進入配劑罐進行配制16%的三異丁基鋁甲苯溶液。再與其它配制的催化劑進行合成，合成后的催化劑合格后，經(jīng)過換熱等工藝處理之后經(jīng)計量泵送至聚合反應(yīng)單元的聚合生產(chǎn)線。

工藝配劑聯(lián)鎖邏輯關(guān)系簡述：配劑量甲苯與純?nèi)惗』X支線上設(shè)有遠傳流量及控制閥、切斷閥，配劑罐上設(shè)有遠傳液位顯示，當(dāng)甲苯與純?nèi)惗』X流量累積量值達到工藝設(shè)定流量累積值時，聯(lián)鎖關(guān)閉切斷閥，當(dāng)流量累積聯(lián)鎖失效時（流量累積有誤），配劑罐液位高高聯(lián)鎖關(guān)閉配劑流量切斷閥。

異戊橡膠配劑聯(lián)鎖邏輯與其他工藝裝置邏輯不同，控制配劑量是一顯著特點，因此多在配劑罐進料累積量進行控制，其它工藝裝置多以瞬時量作控制。

5 異戊橡膠裝置配劑方案在CS VP及TRICON?EX系統(tǒng)實現(xiàn)

異戊橡膠配劑聯(lián)鎖邏輯控制根據(jù)SIL等級劃分，部分設(shè)計在DCS，部分設(shè)計在SIS系統(tǒng)，該裝置DCS采用CS VP系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)采用TRICONEX系統(tǒng)，分別介紹在各個系統(tǒng)配劑方案實現(xiàn)：

利用CS VP系統(tǒng)內(nèi)部模塊：邏輯模塊LC64，關(guān)系模塊RL,開關(guān)閥模塊SIO,擴展型5按鈕開關(guān)塊PBS5C，計算模塊CALC模塊實現(xiàn)可實現(xiàn)控制方案。

其中流量累積量個利用PID模塊中SUM參數(shù)提取，無須其他組態(tài)。RL模塊利用較為靈活，可以做多組做數(shù)據(jù)間的大小關(guān)系比較或者邏輯關(guān)系表達。利用CALC程序模塊設(shè)計實現(xiàn)流量復(fù)位。根據(jù)故障安全設(shè)計原則，開關(guān)閥模塊SIO須進行必要的設(shè)置保證故障安全性。

TRICONEX配劑聯(lián)鎖實現(xiàn)

利用系統(tǒng)內(nèi)部流量累積模塊：F_AC01_02：該模塊設(shè)有復(fù)位端及輔助端，功能較為靈活，無須搭建其它模塊，與其系統(tǒng)內(nèi)部模塊AI2H模塊：模擬量處理模塊（帶2個高報警值）再利用與或非門,比較器，RS觸發(fā)器；模塊組合及可實現(xiàn)配劑聯(lián)鎖方案。

比較CS VP系統(tǒng)與TRICONEX系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)聯(lián)鎖配劑方案，邏輯組態(tài)基本模塊系統(tǒng)內(nèi)部比較豐富，實現(xiàn)功能想相同。TRI?CONEX系統(tǒng)邏輯較多采用FBD功能塊組態(tài)方式，模塊設(shè)計完全依照故障安全性設(shè)計，無須作作模塊轉(zhuǎn)化，CS VP軟件內(nèi)部模塊參數(shù)較多，邏輯設(shè)計需要引用相應(yīng)的參數(shù)，利用模塊較多，在設(shè)計故障性邏輯時需要一些必要的模塊參數(shù)設(shè)置，同時要注意模塊初始化操作。邏輯實現(xiàn)方式也可多種多樣，較為靈活豐富。再者CS VP能實現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖與控制相結(jié)合，實現(xiàn)更為的復(fù)雜的控制與聯(lián)鎖。

6 結(jié)語

石油化工裝置設(shè)計中，控制、聯(lián)鎖是儀表設(shè)計中重要一環(huán)，控制及聯(lián)鎖設(shè)計關(guān)系到工藝正常生產(chǎn)，事故，安全，經(jīng)濟效益等。設(shè)計應(yīng)考慮控制，聯(lián)鎖方案各個環(huán)節(jié)：工藝流程特性，儀表選型，控制，聯(lián)鎖方案，系統(tǒng)配置等方方面面。設(shè)計中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化設(shè)計方案。

[1《]化工自控設(shè)計規(guī)定》國家石油化工出版.

[2]陸德民《石油化工自動控制設(shè)計手冊》北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[3]邵裕森《自動控制系統(tǒng)(工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng))》北京:中央廣播電視大學(xué)出版社,1998.

[4]朱麟章《過程控制系統(tǒng)及設(shè)計》北京:機械工業(yè)出版社,1996.

[5]王鎮(zhèn)安《化工工藝設(shè)計手冊》 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

周世軍（1979-），男，大學(xué)本科，從事石油化工儀表維護管理工作。

王新強（1979-），男，大學(xué)本科，從事石油化工儀表維護管理工作。