利用JX300-XP DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精硫槽的自動(dòng)控制

黃建林

（中化重慶涪陵化工有限公司，重慶涪陵 408000）

硫磺制酸生產(chǎn)中儲(chǔ)存于液硫儲(chǔ)罐內(nèi)的液硫進(jìn)精硫槽，并通過精硫槽上方安裝的立式精硫泵將液硫噴入焚硫爐中焚燒，因而精硫槽內(nèi)液硫液位及溫度控制尤為重要。

1 精硫槽原有控制方式

操作人員通過操作室內(nèi)JX300-XP DCS系統(tǒng)的上位機(jī)顯示界面集中監(jiān)視精硫槽內(nèi)液硫溫度、液位和立式液硫泵向焚硫爐噴射液硫流量，若槽內(nèi)液硫液位、溫度出現(xiàn)變化需要調(diào)整向焚硫爐噴放的液硫量時(shí)，可通過對講機(jī)與現(xiàn)場巡查操作員溝通，調(diào)節(jié)相應(yīng)的手動(dòng)閥。

由于操作人員精力有限，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問題：①液硫最佳溫度為130～150 ℃，若精硫槽內(nèi)液硫溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)，超出該范圍，會(huì)影響液硫輸送，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞焚硫爐的液硫噴槍、損壞精硫槽上安裝的精硫泵，甚至燒毀精硫泵的電機(jī)；②若液硫液位過低，則會(huì)導(dǎo)致焚硫爐無液硫燃燒，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，而且精硫泵空泵運(yùn)行將受到損壞；若液硫自精硫槽溢出，又會(huì)浪費(fèi)液硫原料，夜間溢出甚至引發(fā)安全事故。

此外，需向焚硫爐噴放液硫時(shí)，按下現(xiàn)場啟停按鈕箱的“啟動(dòng)”鍵，配電室控制柜的電機(jī)自鎖控制單元開始操作，精硫泵運(yùn)行，此時(shí)再人工調(diào)節(jié)閥門開度，就會(huì)出現(xiàn)工藝指標(biāo)波動(dòng)較大的現(xiàn)象。原精硫槽液硫溫度、液位以及噴射流量監(jiān)控流程見圖1。

針對上述問題，中化重慶涪陵化工有限公司對已有的JX-300XP DCS系統(tǒng)編寫相應(yīng)自動(dòng)控制程序，并對精硫槽進(jìn)行一系列技改。

圖1 原精硫槽內(nèi)液硫溫度、液位及噴射流量監(jiān)控流程

2 精硫槽自動(dòng)控制系統(tǒng)

精硫槽自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括檢測、執(zhí)行和控制環(huán)節(jié)。

2.1 檢測環(huán)節(jié)

檢測環(huán)節(jié)包括溫度檢測和液位檢測。

溫度檢測用溫度傳感器附帶法蘭裝配式Pt100熱電阻，由精硫槽頂部插入槽內(nèi)，用螺絲固定于槽頂上，插入長度大于液位檢測環(huán)節(jié)中自制浮球，從而保證精硫槽內(nèi)液硫液位即使處于低位，溫度傳感器仍能將檢測到的槽內(nèi)液硫?qū)崟r(shí)溫度轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至JX-300XP DCS系統(tǒng)的溫度控制組態(tài)程序加以運(yùn)算處理，同時(shí)將精硫槽液硫?qū)崟r(shí)溫度顯示在DCS系統(tǒng)上位機(jī)顯示屏上，供操作人員監(jiān)控，確保槽內(nèi)液硫溫度始終處于穩(wěn)定范圍。

液位檢測用液位傳感器為浮球連續(xù)式液位計(jì)，它與其輔助設(shè)施一同監(jiān)測精硫槽中液硫液位。液位檢測輔助設(shè)施由自制浮球、連接滑板和支架組成。

自制浮球材質(zhì)為316L不銹鋼，長度小于溫度傳感器插入精硫槽的深度和精硫泵放入精硫槽的長度，從而保證槽內(nèi)液硫處于浮球檢測最低位置時(shí)，溫度傳感器能檢測到液硫溫度和精硫泵泵殼與葉輪是否處于液硫中，避免精硫泵因空泵旋轉(zhuǎn)而損壞。

連接滑板與自制浮球連接之處用鉆孔焊接固定，與液位傳感器連接之處的鉆孔徑略大于液位傳感器桿徑。因?yàn)榫虿壑幸毫蛞何灰坏┳兓灾聘∏蚓蜁?huì)發(fā)生位移，帶動(dòng)連接滑板移動(dòng)，于是又推動(dòng)液位傳感器桿上的浮球也移動(dòng)，同時(shí)把位移變化量轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至JX300-XP DCS系統(tǒng)，再經(jīng)系統(tǒng)組態(tài)程序中的液位控制模塊組加以運(yùn)算處理，輸出電信號來控制伴熱不銹鋼電動(dòng)開關(guān)球閥的開關(guān)，從而達(dá)到控制槽內(nèi)液硫液位的目的。

支架的作用是支撐與固定液位傳感器。

2.2 執(zhí)行環(huán)節(jié)

配電室內(nèi)變頻器接收J(rèn)X300-XP DCS系統(tǒng)輸出的變頻器控制信號，通過控制液硫泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)向焚硫爐噴放液硫的流量。精硫槽內(nèi)液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制流程見圖2，精硫槽內(nèi)液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制設(shè)備布置俯視見圖3。

圖2中FT是帶遠(yuǎn)傳功能的金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)，監(jiān)控向焚硫爐噴放的液硫流量。電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥接收J(rèn)X300-XP DCS系統(tǒng)輸出的溫度調(diào)節(jié)信號，再去控制進(jìn)入伴熱盤管的蒸汽量，保證精硫槽中液硫溫度在工藝指標(biāo)內(nèi)。JX300-XP DCS系統(tǒng)輸出的開關(guān)信號控制伴熱不銹鋼電動(dòng)開關(guān)球閥開合，進(jìn)而控制液硫儲(chǔ)罐內(nèi)的液硫流入精硫槽，保證精硫槽中液硫液位在控制范圍內(nèi)，確保生產(chǎn)連續(xù)性和設(shè)備完好。

2.3 控制環(huán)節(jié)

控制環(huán)節(jié)包括液硫泵轉(zhuǎn)速調(diào)頻控制組態(tài)程序、液硫溫度控制組態(tài)程序和液硫液位控制組態(tài)程序。

液硫泵轉(zhuǎn)速調(diào)頻控制組態(tài)程序由輸入端、手操器模塊和輸出端Q1組成。按下現(xiàn)場啟停按鈕箱“啟動(dòng)”鍵，配電室內(nèi)變頻器逐漸運(yùn)行至設(shè)定頻率，帶動(dòng)液硫泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)再帶動(dòng)液硫泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將液硫輸送到焚硫爐燃燒，操作人員通過上位機(jī)人機(jī)交互界面根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況輸入需要的頻率值，經(jīng)虛擬輸入端I1（虛）傳至JX-300XP DCS系統(tǒng)的精硫泵調(diào)頻控制程序手操器HC的M端，經(jīng)手操器HC運(yùn)算處理，由輸出端Q1輸送至變頻器C3，改變其頻率，進(jìn)而控制液硫泵噴放到焚硫爐的液硫量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制目的。

圖2 液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制流程

圖3 液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制設(shè)備布置俯視圖

JX-300XP DCS系統(tǒng)液硫溫度控制組態(tài)程序由輸入端、調(diào)節(jié)器模塊PID和輸出端Q2組成。精硫槽中液硫?qū)崟r(shí)溫度由溫度傳感器通過JX-300XP DCS系統(tǒng)物理輸入端I1（實(shí)）傳送給PID模塊的PV端，操作人員通過上位機(jī)人機(jī)交互界面將工藝要求的控制溫度值，經(jīng)虛擬輸入端I3（虛）傳送給PID模塊的SV端，PID模塊的工作狀態(tài)選擇,由操作人員根據(jù)實(shí)際需要通過上位機(jī)人機(jī)交互界面發(fā)出指令經(jīng)虛擬輸入端I2（虛）傳送給PID模塊的A/M端。

當(dāng)處于自動(dòng)狀態(tài)“A”時(shí)，液硫溫度控制調(diào)節(jié)器PID模塊SV端和PV端輸入的信號進(jìn)行比較后，在模塊中做PID運(yùn)算處理，并將運(yùn)算處理信號經(jīng)輸出端Q2傳送給電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥C2，調(diào)節(jié)蒸汽輸送量至伴熱盤管A1～A4，使連續(xù)自動(dòng)控制精硫槽中液硫溫度符合工藝指標(biāo)。

當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)“M”時(shí)，PID模塊SV端和PV端輸入的信號不會(huì)進(jìn)行比較，操作人員通過上位機(jī)人機(jī)交互界面輸入閥門開度值，經(jīng)虛擬端子I4（虛）將開度值信號傳送給PID模塊的MV端，在模塊中進(jìn)行運(yùn)算處理，并將運(yùn)算處理信號經(jīng)輸出端Q2傳送給電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥C2，調(diào)節(jié)蒸汽輸送量至伴熱盤管A1～A4，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制精硫槽中液硫溫度。

PID模塊通常處于自動(dòng)狀態(tài)“A”，若遇緊急狀況，為保證生產(chǎn)連續(xù)性，才將PID模塊處于手動(dòng)狀態(tài)“M”?？刂凭虿垡毫蛞何徊扇晌豢刂品?，包括輸入端、高液位比較模塊GT、低液位比較模塊LT和SR觸發(fā)器模塊以及輸出端。操作人員通過上位機(jī)人機(jī)交互界面將高液位和低液位設(shè)定值，經(jīng)虛擬輸入端I5（虛）和I6（虛）分別傳送給模塊GT的GV端和LT的LV端，精硫槽液硫?qū)嶋H液位由液位傳感器及其附屬設(shè)施組成的檢測機(jī)構(gòu)檢測，再轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)物理輸入端I2（實(shí)）和I3（實(shí)）分別傳送GT模塊和LT模塊的PV端，這兩組PV信號分別與GT模塊和LT模塊的GV、LV設(shè)定信號比較處理后，經(jīng)SR觸發(fā)器模塊運(yùn)算處理，并將運(yùn)算處理信號經(jīng)輸出端Q3開關(guān)信號控制伴熱不銹鋼電動(dòng)開關(guān)球閥C1的打開與閉合，確保精硫槽液硫液位低于設(shè)定值時(shí)能及時(shí)打開閥C1，將液硫儲(chǔ)罐中的液硫補(bǔ)充到精硫槽內(nèi)；當(dāng)精硫槽液硫液位補(bǔ)充到設(shè)定的高限值時(shí)也能及時(shí)關(guān)閉閥C1，避免液硫從精硫槽中溢出，確保精硫槽有液硫，保證生產(chǎn)連續(xù)性[1]。精硫槽內(nèi)液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制DCS系統(tǒng)邏輯控制見圖4。

圖4 液硫溫度、液位及噴射流量自動(dòng)控制DCS系統(tǒng)邏輯控制

3 結(jié)語

通過將原有精硫槽控制方式改為自動(dòng)控制，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該自動(dòng)控制滿足生產(chǎn)裝置的連續(xù)性和后續(xù)工藝指標(biāo)的穩(wěn)定性，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以更好地避免液硫浪費(fèi)、運(yùn)行設(shè)備損壞及人員安全事故等現(xiàn)象發(fā)生。