精化工廠工藝系統(tǒng)模塊化設(shè)計的分析與探究

王友超

（山東新華醫(yī)藥化工設(shè)計有限公司，山東淄博 255086）

1 工藝系統(tǒng)模塊化理念

工藝模塊化設(shè)計理念是由日本西門子公司推出的Teamcenter2007軟件中，借助PDM 數(shù)據(jù)克隆技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)復(fù)制，創(chuàng)設(shè)出與原體相同的副本，同時可以對副本數(shù)據(jù)進行修改，不會對原數(shù)據(jù)帶來影響，從而保證整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過建設(shè)精化工廠工藝知識庫，不斷累積生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、優(yōu)化工藝流程，對這些生產(chǎn)工藝重復(fù)利用，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。典型工藝知識庫主要是采用PDM 分類模塊創(chuàng)建，結(jié)合產(chǎn)品類型、材料加工特點，定義每個流程的分類屬性，從而實現(xiàn)模塊分類管理[1]。

在明確了生產(chǎn)工藝后，可以在知識庫中檢索信息，借助工序模塊和克隆技術(shù)，借用PDM 中的工藝。完成工藝克隆之后，繼承產(chǎn)品生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，自動獲取化工產(chǎn)品名稱、材料、標準等信息，適當(dāng)修訂工序中的工序圖、工藝要求，調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)模式。

2 工藝系統(tǒng)模塊化軟件設(shè)計方案

整個精化工廠工藝系統(tǒng)中，主要是采用一鍵式調(diào)動工藝程序的方法，并且每個程序都采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為工藝知識庫、數(shù)據(jù)克隆、知識庫流程控制（知識庫編程）。

2.1 工藝知識庫

知識庫主要是記住PDM 分類模塊對工藝屬性、類別進行自定義和編輯，將不同類別的工藝系統(tǒng)進行區(qū)分，借助分類模塊的檢索功能，對數(shù)據(jù)庫中典型工藝進行查詢，可以一鍵調(diào)用。在每個工藝類型中定義生產(chǎn)參數(shù)，系統(tǒng)會自動選擇材料、生產(chǎn)參數(shù)、加工形式等。典型工藝知識庫構(gòu)成了一個整體結(jié)構(gòu)，通過層級檢索實現(xiàn)快速查詢。

2.2 定制數(shù)據(jù)克隆

結(jié)合不同的工藝編制標準，克隆后工藝是完全保持獨立的形態(tài)，所有操作無需操作引用。按照生產(chǎn)工藝編制標準進行數(shù)據(jù)克隆，深入研究PDM 數(shù)據(jù)克隆信息，并制定數(shù)據(jù)克隆控制程序，借助系統(tǒng)變量控制克隆操作，從而滿足精化工廠生產(chǎn)工藝要求。通過定制克隆功能，將工藝參數(shù)集中到克隆對象中，確?？寺?shù)據(jù)、程序完成性?？寺〔僮骺梢岳^承工藝相關(guān)信息，可以完全復(fù)制新的工藝，保持工序數(shù)據(jù)的完整性。

2.3 知識庫流程控制

知識庫中的工藝模塊是更新工藝程序的重要內(nèi)容，如工序安排、生產(chǎn)方法、材料選擇等，都會對精化工廠生產(chǎn)帶來影響。為了能夠采用更好的工藝，則要控制工藝知識庫中工藝模板質(zhì)量，將優(yōu)化過的工藝模板存儲在知識庫中，將老、舊工藝替換。精化工廠生產(chǎn)設(shè)備均由PLC 控制、控制中心下達指令。為了有效控制工藝模板庫中的模板數(shù)量，可以在PDM 中設(shè)計工藝模板庫訪問權(quán)限，精化工廠中設(shè)定一個最高權(quán)限的lnclass管理員[2]。

3 精化工廠工藝系統(tǒng)模塊化的功能系統(tǒng)

以釜式反應(yīng)容器作為模塊為例進行簡單說明。將釜式反應(yīng)容器生產(chǎn)工藝加入到知識庫工藝模塊中，以PDM 克隆反應(yīng)器運行程序，實現(xiàn)整個自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的操作。

3.1 反應(yīng)系統(tǒng)

液體原料、溶劑通過管道直接進入到反應(yīng)釜中，固體物料通過入口進入到反應(yīng)釜，入口上方設(shè)置通風(fēng)口，從而滿足基本的精化工廠生產(chǎn)要求。冷凝器直接通過氣相管連接，擴大管、液封回流負責(zé)傳遞冷凝液，擴大管與放空管、真空管連接，從而滿足氣液要求。結(jié)合擴大管工藝特性、客戶需求，可以和接收罐、企業(yè)分離器、蒸汽保溫夾套連接，從而實現(xiàn)不同功能，當(dāng)然也要在知識庫中調(diào)用相應(yīng)工藝程序。冷凍水、循環(huán)水與冷凝器連接，也可以設(shè)計為二級冷凝系統(tǒng)。為了能夠保持安全泄放系統(tǒng)運行安全，要設(shè)置新的安全閥、爆破片。氣相出口位置設(shè)壓力表，實現(xiàn)反應(yīng)釜溫度、加熱蒸汽系統(tǒng)聯(lián)動。反應(yīng)釜物料出口閥門操作要求非常高，借助遠程系統(tǒng)可以遙控閥門動作[3]。反應(yīng)釜夾套與冷凍水、循環(huán)水、壓縮空氣等系統(tǒng)連接，借助閥門實現(xiàn)功能切換。不銹鋼反應(yīng)釜中采用蒸汽盤管，與夾套中的冷卻介質(zhì)相分離，從而延長反應(yīng)釜使用壽命。

對十分危險的化工工藝，在知識庫中選擇工藝管道儀表程序，克隆出安全生產(chǎn)要求、監(jiān)控參數(shù)、控制方案等，保證工藝程序滿足生產(chǎn)標準，從而減少危險化工流程的風(fēng)險。如在知識庫中選擇重氮化工藝，讓反應(yīng)釜溫度和攪拌系統(tǒng)、亞硝酸鈉流量系統(tǒng)與滴加系統(tǒng)聯(lián)鎖，借助工藝模塊中的緊急停車系統(tǒng)。如果重氮化反應(yīng)釜溫度超標或攪拌系統(tǒng)故障，系統(tǒng)可以自動停止加料，實現(xiàn)車輛緊急停止。

3.2 分離系統(tǒng)

如在蒸餾生產(chǎn)工序中，上一道工序物料靜置分層液油層傳輸?shù)秸麴s釜中實現(xiàn)首次蒸餾回收，之后蒸餾釜夾套進入低壓蒸汽加熱，管道部位設(shè)置自動調(diào)節(jié)閥，控制釜內(nèi)加熱量，反應(yīng)釜中的氣相傳遞通過兩級冷凝工序，氣液分離后傳遞到回收罐中，無法凝結(jié)的氣體直接傳遞到尾氣處理系統(tǒng)。為了控制蒸餾釜內(nèi)部壓力，釜上還設(shè)置了安全排泄系統(tǒng)[4]。

再如在板框壓濾工藝中，漿料固液分離利用隔膜壓榨技術(shù)，借助進料泵運行壓力將材料壓入到隔膜壓濾機中，排出母液。完成過濾之后，在壓榨水泵出口部位設(shè)置安全閥，使用高壓清水傳輸?shù)綁簽V機隔膜、芯板中間的空腔中，將濾餅擠壓，二次脫水。在二次脫水之后，顆粒中還會保留一定的水分，可以借助反吹壓縮空氣機，進一步降低濾餅的含水率。

3.3 干燥系統(tǒng)

精化工廠主要采用真空干燥機、閃蒸干燥機。以旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機（也稱之為“螺旋閃蒸干燥機”）為例，空氣在換熱器加熱工序完成之后，直接傳遞到干燥機進風(fēng)口位置，螺旋加料器將物料傳輸?shù)剿?nèi)，干燥之后的粉狀物隨著加熱的空氣一同傳輸?shù)绞諌m器中，成品被直接收集并傳遞到包裝工序中，剩余的多余尾氣通過水膜除塵器處理之后直接排放。

3.4 真空系統(tǒng)

噴射真空泵最常見的介質(zhì)就是水，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，聯(lián)合式水噴射真空機使用愈加廣泛。聯(lián)合式水噴射真空機是指一個水槽供多臺噴射器使用，碳鋼材質(zhì)水槽可以減少銹蝕情況，水槽外側(cè)與盤管連接，采用循環(huán)法進行水冷，有助于節(jié)省水資源、降低廢水排放量。如果工藝環(huán)節(jié)會生產(chǎn)酸性尾氣，水槽中可以加入一定量的堿液實現(xiàn)中和，真空緩沖罐防控、水槽尾氣直接傳遞到尾氣排放系統(tǒng)統(tǒng)一處理。

3.5 尾氣處理系統(tǒng)

結(jié)合尾氣中含有的物質(zhì)，針對性選擇知識庫中的工藝程序，如水洗滌、堿液洗滌等，對于甲苯、二氯甲烷、二甲苯等物質(zhì)可以采用活性炭吸附。活性炭吸附一定時間后會飽和，采用蒸汽方法讓活性炭脫附繼續(xù)使用?；钚蕴课较到y(tǒng)中，采用“一用一備”的雙吸附器系統(tǒng)，在正常運行中可以相互切換使用，共同使用一套管路。吸附器在運行中可以依次進入到吸附狀態(tài)，控制中心自動控制吸附箱的相關(guān)功能，如吸附、解吸、干燥等[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，將精化工廠工藝系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，每個子系統(tǒng)保持獨立性，從而提升工藝系統(tǒng)的標準性、獨立性、規(guī)范性、靈活性，可以一鍵式調(diào)用知識庫中的生產(chǎn)程序，讓每個生產(chǎn)工藝都可以按照程序標準自動生產(chǎn)，極大地提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。同時，模塊化生產(chǎn)可以根據(jù)工藝特性、用戶需求，自由組合功能模塊，減輕了設(shè)計人員工作量，提升了設(shè)計效率，有利于掌握設(shè)計要點、工藝適應(yīng)性非常強，是精化工廠領(lǐng)域的一次重要改革創(chuàng)新。