片堿自動(dòng)化生產(chǎn)改造運(yùn)行小結(jié)

路麗娟，周紅燕

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

隨著公司片堿生產(chǎn)裝置規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化程度不斷提升，氯堿企業(yè)對(duì)片堿安全穩(wěn)定及長(zhǎng)周期滿載運(yùn)行的要求，對(duì)自動(dòng)化控制人員提出了更高的控制目標(biāo)。從方案設(shè)計(jì)、控制產(chǎn)品的選型、安裝及日常運(yùn)行維護(hù)等都有了更高的要求，公司現(xiàn)使用控制系統(tǒng)為德國(guó)西門(mén)子PLC-S7-300系統(tǒng)，但因全公司使用橫河系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)相對(duì)較多，為了維護(hù)及產(chǎn)品備件的可替代性、便捷維護(hù)性等，將原片堿系統(tǒng)全面改造為橫河西儀公司的CENTUM CS3000的控制系統(tǒng)，使其成為片堿生產(chǎn)系統(tǒng)的總指揮。該系統(tǒng)于2015年3月完成改造的安裝調(diào)試與運(yùn)行，運(yùn)行期間顯示系統(tǒng)控制安全穩(wěn)定，能夠達(dá)到精準(zhǔn)控制，減少后續(xù)運(yùn)行中的隱患，嚴(yán)格滿足日常生產(chǎn)要求。

1　片堿生產(chǎn)裝置概述

目前，天業(yè)化工有限責(zé)任公司采用膜式法生產(chǎn)片狀固堿。此生產(chǎn)工藝是相對(duì)較為成熟的，主要是使堿液與加熱源的傳熱蒸發(fā)過(guò)程在薄膜傳熱狀態(tài)下進(jìn)行。膜式法生產(chǎn)片堿可分為2個(gè)階段：（1）堿液從32%濃度濃縮至61%，這個(gè)階段可在降膜蒸發(fā)器中進(jìn)行，加熱源采用中壓蒸汽及二次蒸汽并在真空下進(jìn)行蒸發(fā)；（2）61%堿液再通過(guò)降膜濃縮器，以熔融鹽為熱載體，在常壓下將堿液濃縮成熔融堿，再經(jīng)片堿機(jī)制成片狀固堿，經(jīng)片堿包裝線進(jìn)行小袋包裝。片堿生產(chǎn)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

2　CS3000控制系統(tǒng)介紹[1]

圖1　片堿生產(chǎn)工藝流程圖

片堿生產(chǎn)因其生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性，采用控制精度極高的橫河CS3000系列DCS集散控制系統(tǒng)。此套控制系統(tǒng)由不同的域組成，一個(gè)域主要包含HIS（人機(jī)接口站）、FCS（現(xiàn)場(chǎng)控制站）、VLnet（控制總線）、BCV（總線轉(zhuǎn)換器）、Ethernet（E網(wǎng)）等設(shè)備構(gòu)成，總共最多64個(gè)FCS、16個(gè)HIS，其間通過(guò)BCV可將域互連，互聯(lián)的域最大16個(gè)。由于該DCS控制系統(tǒng)提供了面向?qū)ο蟮膱D形化工具和完整的過(guò)程控制功能庫(kù)，組態(tài)調(diào)用、流程設(shè)計(jì)、趨勢(shì)與歷史記錄設(shè)計(jì)等功能，并且HIS主要是依據(jù)生產(chǎn)所需的操作畫(huà)面，利用DCS工控組態(tài)軟件中圖形窗口對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作和監(jiān)視、報(bào)警和記錄的，在人機(jī)接口站中安裝有系統(tǒng)軟件，將過(guò)程數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、提示信息、趨勢(shì)數(shù)據(jù)和歷史記錄等其他信息等傳送到上位計(jì)算機(jī)和工作站，極大的提高了自動(dòng)化程度。橫河CS3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2　CS3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3　片堿控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

在片堿生產(chǎn)中，該公司程序設(shè)計(jì)人員針對(duì)CS3000系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與工藝人員提出的設(shè)計(jì)要求相結(jié)合，需要實(shí)現(xiàn)的主要有常規(guī)控制與復(fù)雜控制、邏輯與聯(lián)鎖控制、順序控制、計(jì)算功能等四大塊功能。由于片堿生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)，根據(jù)工藝生產(chǎn)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)流程特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備的應(yīng)用情況主要使用以下幾種關(guān)鍵工序控制方案，現(xiàn)作一簡(jiǎn)要介紹。

3.1　常規(guī)控制方案

片堿生產(chǎn)中，因其生產(chǎn)特殊性，需要大量溫度、壓力、流量進(jìn)行指示及提示報(bào)警信息。當(dāng)操作條件和標(biāo)準(zhǔn)條件不同時(shí)，需要在操作站中進(jìn)行報(bào)警信息提示執(zhí)行。其中溫壓補(bǔ)償組態(tài)是通過(guò)計(jì)算功能塊來(lái)實(shí)施的，如片堿預(yù)處理器反應(yīng)溫度、壓力、進(jìn)堿液流量的工藝指標(biāo)的顯示，PVI功能塊的使用是較為常規(guī)的。

3.2　復(fù)雜控制方案

生產(chǎn)控制中有溫度、流量控制實(shí)施時(shí)，需要加入計(jì)算或串級(jí)控制?？刂泣c(diǎn)處于自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，如果出現(xiàn)輸入信號(hào)開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，CS3000系統(tǒng)強(qiáng)制將其狀態(tài)置為手動(dòng)狀態(tài)，以確保生產(chǎn)安全的穩(wěn)定性。比如在進(jìn)行堿液流量的控制時(shí)加入串級(jí)控制，使流量控制更加靈敏、符合生產(chǎn)，且使產(chǎn)量更加精確。流量串級(jí)控制可使生產(chǎn)操作強(qiáng)度任務(wù)的頻繁性大幅度減少。

3.3　聯(lián)鎖控制方案

在片堿生產(chǎn)中，因生產(chǎn)控制的復(fù)雜性，還需要加入大量的聯(lián)鎖控制，以保護(hù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。如在進(jìn)堿液流量控制中，當(dāng)預(yù)濃縮器（EV-1201）內(nèi)進(jìn)堿流量FIR-1201低于8 m3/h時(shí)，進(jìn)堿液流量閥LV-1201關(guān)閉延遲180 s自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)EV-1201液位高高報(bào)即LIC-1201達(dá)到預(yù)濃縮器的液位90%時(shí)，閥延時(shí)60 s，LV-1201自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)預(yù)濃縮器的液位開(kāi)關(guān)LSAHH-1201（高高報(bào)液位開(kāi)關(guān)）報(bào)警時(shí)，LV-1201調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉。還有如進(jìn)堿液泵的與備用泵的聯(lián)鎖、最終濃縮器的出口閥門(mén)的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)、預(yù)處理濃縮器的液位聯(lián)鎖控制等，這些聯(lián)鎖控制使生產(chǎn)更加穩(wěn)定，有效減少了不必要的生產(chǎn)余量流失。

3.4　順序控制方案

在熔鹽貯槽中呈液態(tài)在操作期間，由熔鹽泵從底部到頂部通過(guò)加熱器的加熱盤(pán)管使熔鹽循環(huán)流動(dòng)。通過(guò)加熱盤(pán)管，燃燒器產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽，經(jīng)加熱器流進(jìn)最終濃縮器，在10個(gè)濃縮單元中與61%的堿液逆向換熱后，回流入熔鹽貯槽，其循環(huán)熔鹽量由旁路回流閥調(diào)節(jié)，整個(gè)熔鹽管路系統(tǒng)及熔鹽貯槽設(shè)有供開(kāi)車用的單獨(dú)的高壓蒸汽預(yù)熱系統(tǒng)，在熔鹽溫度達(dá)到240℃之后即關(guān)閉。此控制系統(tǒng)加入了大量順序控制思路。在CS3000系統(tǒng)中，順序控制大多通過(guò)ST16和擴(kuò)展塊ST16E來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了便于操作與控制，順序控制有“有步號(hào)”與“無(wú)步號(hào)”之分。當(dāng)某些特定條件成立時(shí)，順序控制會(huì)實(shí)現(xiàn)相關(guān)程序的執(zhí)行。

4　投用后效果分析

在片堿生產(chǎn)裝置中，橫河DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用充分發(fā)揮了其可靠性、協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。充分體現(xiàn)了由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。在此套控制系統(tǒng)中，綜合了通信技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等合理匹配，分級(jí)管理、分散操作、集中控制。如生產(chǎn)監(jiān)控分組控制可以對(duì)各種聯(lián)鎖控制、優(yōu)化計(jì)算、順序控制、故障診斷、顯示報(bào)警、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等進(jìn)行一系列的改進(jìn)與設(shè)計(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DCS工程師能夠更加方便快捷的完成控制和維護(hù)工作，并且可以按照需要與更高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的集中管理功能。這些都為片堿控制技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語(yǔ)

此套片堿生產(chǎn)DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)自改造完成，投用以來(lái)，控制運(yùn)行穩(wěn)定、集中控制便捷，且增加了大量?jī)?yōu)化控制的相關(guān)功能，這些都為生產(chǎn)管理、工藝管理提供了良好的數(shù)據(jù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息化與工業(yè)化的結(jié)合，大大提高了工藝指標(biāo)的穩(wěn)定性，同時(shí)減少了操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的誤操作，提高了工藝核心控制的自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙定國(guó).橫河CS3000系統(tǒng)在PET裝置中的應(yīng)用.聚酯工業(yè)，2010（5）：56～57.