基于JX-300XP的無人值守電石渣漿回收乙炔氣系統(tǒng)

朱江軍，張俊平，周英武

（新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司（以下簡稱天業(yè)化工）是新疆天業(yè)集團化工產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)120萬t PVC樹脂一期20萬t/a項目，采用電石法制取乙炔氣。6臺濕法發(fā)生器設(shè)計生產(chǎn)能力為24萬t/a PVC樹脂，天業(yè)化工在生產(chǎn)工段的各環(huán)節(jié)進行技術(shù)改造，以期在節(jié)能降耗、安全環(huán)保、機械自動化、智能化信息化等方面做出成效。電石渣漿回收乙炔氣技術(shù)改造是該公司提升競爭力的典型案例，是將濕法乙炔生產(chǎn)過程中排出的電石渣漿及廢次鈉收集，通過一套脫吸工藝，將漿液中的乙炔氣分離出來回收利用。采用浙江中控JX-300XP DCS，使用SCKEY組態(tài)軟件編寫了符合工藝現(xiàn)狀，高效穩(wěn)定的工藝控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了精準(zhǔn)測控，安全切斷、全自動開、停車，達到了無人值守的先進控制模式。

1 乙炔回收裝置的流程及控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

1.1 乙炔回收裝置工藝流程概述

圖1 電石渣漿回收乙炔氣工藝流程示意圖

電石渣漿回收乙炔氣裝置及工藝包是天業(yè)化工與專業(yè)技術(shù)廠家聯(lián)合開發(fā)，具體流程概述如下：發(fā)生器溢流出來的電石渣漿經(jīng)密閉管道自流入漿料緩沖罐，經(jīng)由漿料泵輸送到脫吸塔，在脫吸塔將吸附在電石渣及水中的乙炔氣脫吸出來，脫吸后的渣漿自脫吸塔底部排渣管自流入安全槽內(nèi)排至沉降池，而脫吸出來的乙炔氣經(jīng)乙炔管道進入冷卻器中冷凝脫水，脫水后的乙炔氣由真空泵輸送，經(jīng)測氧儀檢測合格后送入氣體緩沖罐中，最后經(jīng)流量計計量后送入乙炔氣柜。電石渣漿回收工藝流程示意圖見圖1。

1.2 無人值守控制系統(tǒng)簡介

采用浙江中控JX-300XP DCS系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有完善的CPU、電源、數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的硬件冗余特點。整個系統(tǒng)分3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別是信息管理網(wǎng)，用于工廠信息傳遞與管理；過程控制網(wǎng)（SCnetⅡ），采用雙冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交互；控制站內(nèi)網(wǎng)為SBUS令牌網(wǎng)絡(luò)，各I/O卡件通過轉(zhuǎn)發(fā)卡與主控卡進行數(shù)據(jù)的存儲運算與控制。JX-300XP DCS具有智能化I/O卡鍵及自動校零/自動校正功能；所有硬件具備實時故障診斷功能；高可靠性設(shè)計、多任務(wù)調(diào)度內(nèi)核控制周期0.1 s。

該系統(tǒng)由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站、通信網(wǎng)絡(luò)等組成。上層預(yù)留有管理操作接口，可與管理、調(diào)度計算機連接，為今后實現(xiàn)全廠綜合管理自動化作好準(zhǔn)備。管理計算機、操作站（工程師站）、現(xiàn)場控制站通過管理網(wǎng)、現(xiàn)場控制網(wǎng)、控制站內(nèi)部網(wǎng)緊密聯(lián)系在一起，便于傳輸各種實時和控制信號，實現(xiàn)全廠綜合管理，而工藝控制過程中充分考慮了無人值守特點，融入了應(yīng)急控制，系統(tǒng)采用CPU電源、網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計提高可靠性。采集的數(shù)據(jù)包括動設(shè)備的參數(shù)、啟?？刂?、關(guān)鍵點輔助點的溫度、壓力、液位、流量、頻率等，采用了PID的分程控制、邏輯聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)了趨勢、報警的記錄、報表的自動生成等功能。

2 控制方案

智能化工廠、無人值守是工業(yè)企業(yè)發(fā)展的趨勢，本系統(tǒng)在設(shè)計上充分利用國內(nèi)各企業(yè)對于回收乙炔裝置運行控制的技術(shù)基礎(chǔ)，增加了動設(shè)備的信號參數(shù)采集、增加了真空檢測參數(shù)以及氧含量數(shù)據(jù)采用兩套分析設(shè)備同時在線分析，在控制回路上采用PID分程控制、故障切斷采用多信號預(yù)警安全切斷等，這里舉例介紹其中的兩個方案及控制回路緩沖罐液位回流與送料的分程控制、氧含量的數(shù)據(jù)的選擇與送氣放空的邏輯控制。

2.1 緩沖罐液位控制

緩沖罐液位是較為關(guān)鍵的參數(shù)，液位過高或過低直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，甚至發(fā)生安全事故。因此，為了追求平穩(wěn)性、可靠性，緩沖罐液位、脫吸塔壓力采取了PID分程控制用來保證液位和壓力的平穩(wěn)。以LIT0101分程控制為例，電石渣漿通脫輸送泵進入脫吸塔前，LCV0102控制渣漿的旁通回流量，LCV0101控制渣漿進入脫吸塔的輸送量，液位控制在設(shè)定值1.5 m，見圖2。

圖2 緩沖罐液位控制流程示意圖

緩沖罐液位升高，LCV0101過料閥開大，LCV0102旁路回流閥關(guān)小，液位控制在設(shè)定值；當(dāng)液位降低，則LCV0101關(guān)小，同時改變旁路回流閥開大，根據(jù)工藝要求，LCV0101閥門為正作用，LCV0102閥門為反作用，在控制過程中要求閥位對應(yīng)協(xié)調(diào)，依據(jù)設(shè)定值，當(dāng)其中一個緩緩打開時，另外一個閥則是緩緩關(guān)閉。渣漿液位分程控制框圖及閥位開度趨勢示意圖分別見圖3、圖4。

圖3 渣漿液位分程控制框圖

圖4 閥位開度示意圖

2.2 氧含量故障選擇與聯(lián)鎖控制

該裝置最終的產(chǎn)品乙炔氣經(jīng)由真空泵送往氣體緩沖罐的過程中要進行氧含量分析，氧含量超標(biāo)，則氣體存在安全隱患，無法并入大系統(tǒng)，必須放空處理。無人值守系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)安全性及儀表可靠性，設(shè)計加裝2套氧含量分析儀同時在線工作，當(dāng)其中的一臺分析儀表檢測氧含量超過設(shè)定值含量1%時，系統(tǒng)切斷送往氣體緩沖罐的閥門KV0102，打開放空閥門KV0101進行氣體放空；當(dāng)2臺分析儀含氧量顯示合格低于設(shè)定值1%氧含量時，放空KV0101切斷閥關(guān)閉，送往系統(tǒng)的切斷閥KV010閥打開。氧含量與成品氣流程及邏輯聯(lián)鎖圖見圖5，氧含量與KV0102/KV0101邏輯聯(lián)鎖圖見圖6。

圖5 氧含量與成品氣流程及邏輯聯(lián)鎖圖

3 工程施工中的關(guān)鍵問題及解決措施

3.1 各專業(yè)協(xié)調(diào)密切配合

系統(tǒng)工程施工中包含專業(yè)項目較多，大多會同時交叉作業(yè)。涉及的弱電、綜合信息布線、土建及給排水，尤其是流量儀表、執(zhí)行機構(gòu)、測溫測壓傳感器等必須要清楚設(shè)計安裝規(guī)范、明確安裝位置，嚴(yán)格按照相關(guān)專業(yè)要求進行施工，及時檢查并發(fā)現(xiàn)問題，召開溝通協(xié)調(diào)會，采取必要措施，避免出現(xiàn)重復(fù)施工等情況。

3.2 信號處理的接地要求

圖6 氧含量與KV0102/KV0101邏輯聯(lián)鎖程序圖

系統(tǒng)在安裝中必須有單獨的安全接地網(wǎng)，這是信號處理接地的嚴(yán)格要求，且接地電阻要求不大于4 Ω，并與其他電氣接地系統(tǒng)相距10 m以上；對UPS電源接地應(yīng)與本系統(tǒng)接地網(wǎng)相連；所有系統(tǒng)工控機在地線沒有連好的情況下不準(zhǔn)上電開機，以保證通信網(wǎng)絡(luò)和工控機正常安全工作；并在安裝中對所有信號線應(yīng)采用屏蔽電纜，以屏蔽外界磁場干擾。

3.3 可靠的電源供給

無人值守系統(tǒng)安裝過程中除了在檢測和控制上考慮周到外，在供電電源上也要極為重視，本系統(tǒng)提供2臺FR-UK/B1100 10K并聯(lián)冗余，兩路供電并配備2套100 A/h蓄電池，當(dāng)外電線失電時，UPS投入電池供電模式。在運行期間其中一臺出現(xiàn)故障，另外一臺無擾動切入，保證電源的持續(xù)、穩(wěn)定的供給，給無人值守系統(tǒng)的運行做好開路先鋒和基礎(chǔ)保證。

3.4 定期維護測試檢查

電石渣漿回收乙炔氣裝置在運行的過程中，因為渣漿本身粘稠，造成管線設(shè)備堵塞，如果真空泵汽水分離器堵塞，含量分析的干燥劑會受到影響，含量分析不準(zhǔn)確會導(dǎo)致系統(tǒng)跳車。所以定期更換干燥劑、檢查管線設(shè)備的檢測傳感器、調(diào)節(jié)閥等，制定措施杜絕或減緩系統(tǒng)中因堵塞造成的一系列問題。

4 投用后效果分析

無人值守系統(tǒng)自2015年10月運行以來，為回收乙炔氣發(fā)揮了巨大的作用，每小時可回收190 m3，如此計算每年可回收折百電石4 800 t，折合人民幣1 200萬元。該系統(tǒng)運行良好，減少了人工成本，提高勞動生產(chǎn)率，不僅回收了電石渣漿中夾帶的乙炔氣，降低了電石消耗，節(jié)約了PVC生產(chǎn)成本，而且減少了乙炔氣對環(huán)境的污染，改善了周圍環(huán)境，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)語

本文基于JX-300XP的電石渣漿回收乙炔氣系統(tǒng)設(shè)計了此套工藝的無人值守自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了主要設(shè)備及其設(shè)施的在線實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。同時，此套無人值守自動控制系統(tǒng)用于現(xiàn)場后，改善了現(xiàn)場關(guān)鍵工序的控制方式及性能，提高了系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性，提高了運行效率，節(jié)省了系統(tǒng)整體各項消耗，降低了工人的勞動強度，減少人工可能引起的誤操作，長期投入使用減少了日常的維護工作和維護費用，提高了生產(chǎn)效益。