DCS在硫銨生產(chǎn)及輸送中的應(yīng)用

周鑫

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

硫銨單元是己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置的主要單元之一。環(huán)己酮肟在發(fā)煙硫酸作用下，發(fā)生Beckmann重排反應(yīng)，生成己內(nèi)酰胺。重排反應(yīng)產(chǎn)物粗己內(nèi)酰胺及過量發(fā)煙硫酸進(jìn)入中和結(jié)晶系統(tǒng)，在硫銨裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)己內(nèi)酰胺與過量發(fā)煙硫酸的分離。為達(dá)到分離目的，重排液中的硫酸需使用氨中和，生成硫銨?；瘜W(xué)反應(yīng)式如式(1)所示：

(1)

反應(yīng)生成的硫銨通過結(jié)晶從液相中分離出來，硫銨生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 硫銨生產(chǎn)流程示意

1 控制方案簡(jiǎn)介

硫銨生產(chǎn)主要包括中和結(jié)晶和硫銨干燥兩個(gè)生產(chǎn)過程。在中和結(jié)晶生產(chǎn)過程中，需要控制重排液進(jìn)料和氣氨進(jìn)料的質(zhì)量流量，通過進(jìn)料管路上的流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)料流量，設(shè)置單回路控制。同時(shí)為達(dá)到兩種進(jìn)料的物料平衡，在控制系統(tǒng)上設(shè)置兩種進(jìn)料的雙閉環(huán)比值控制。

在硫銨干燥過程中，由就地PLC直接控制離心機(jī)，DCS通過與PLC通信間接控制離心機(jī)。經(jīng)由離心機(jī)進(jìn)行固液分離后得到的潮濕硫銨進(jìn)入到流化床后，需要控制流化床的溫度，使硫銨產(chǎn)品達(dá)到最優(yōu)的干燥狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)流化床入口的蒸汽進(jìn)量來控制流化床內(nèi)部的溫度?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DCS控制結(jié)構(gòu)示意

1.1 中和結(jié)晶生產(chǎn)過程

經(jīng)過Beckmann反應(yīng)后，重排液與氣氨一起進(jìn)入中和結(jié)晶器，反應(yīng)生成的硫銨漿液分別進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的稠厚器。中和結(jié)晶過程的2個(gè)重要原料重排液和氣氨的進(jìn)料流量在DCS中采用PID控制，其中主控制回路為重排液質(zhì)量流量，副控制回路為氣氨質(zhì)量流量，2個(gè)控制回路構(gòu)成雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)過程需求，需要滿足進(jìn)料重排液質(zhì)量流量與氣氨質(zhì)量流量的比值約為1∶5，所以該處比值設(shè)定為0.2，以此來滿足穩(wěn)定的匹配與進(jìn)料狀態(tài)。

在中和結(jié)晶反應(yīng)過程中，較重要的為物料的進(jìn)料平衡，均為單回路控制，在DCS上設(shè)置PID控制器即可調(diào)節(jié)。涉及相關(guān)物料進(jìn)出閥門、機(jī)泵以及反應(yīng)器的聯(lián)鎖邏輯控制，特別是報(bào)警等所帶來的聯(lián)鎖需求，在DCS中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

1.2 硫銨干燥過程

在得到中和結(jié)晶產(chǎn)物硫銨漿液后，要進(jìn)一步分離干燥，才能得到干燥的硫銨粉末成品。

1.2.1離心機(jī)控制及聯(lián)鎖設(shè)置

根據(jù)工藝需求共設(shè)置了3套離心機(jī)接收上游硫銨漿液，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心機(jī)采取“兩開一備”，輪流交替進(jìn)行工作。

離心機(jī)采用PLC控制，通過ModBus 485通信協(xié)議將整體運(yùn)行狀態(tài)上傳到DCS，由DCS做上層監(jiān)控。為了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定安全，離心機(jī)部分重要的狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，通過硬接線的方式接入到DCS機(jī)柜室，由DCS進(jìn)行監(jiān)控并且聯(lián)鎖控制。當(dāng)離心機(jī)出現(xiàn)正常運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)或者聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)，在DCS側(cè)會(huì)聯(lián)鎖關(guān)閉離心機(jī)的進(jìn)料控制閥。離心機(jī)的運(yùn)行過程狀態(tài)及聯(lián)鎖見表1所列。

1.2.2流化床干燥控制

流化床干燥過程共設(shè)置2套流化床，流化床A接收離心機(jī)A和B的物料，流化床B接收離心機(jī)C和B的物料，2套流化床同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，由于流化床成套所配帶的儀表和閥門較多，并且這些儀表和閥門并未在一個(gè)完整的撬塊上，所以該部分的控制并沒有配置流化床專用的就地PLC控制器，所有儀表和閥門的監(jiān)控均在DCS上來完成。

表1 離心機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及聯(lián)鎖

在流化床干燥過程中，主要需要控制流化床的溫度，通過蒸汽量來調(diào)節(jié)，通過蒸汽閥的調(diào)節(jié)使流化床溫度平衡到工作溫度，該處采用單回路控制。另外，流化床的出口風(fēng)壓力需要保持一個(gè)微負(fù)壓的狀態(tài)，該處通過流化床的出口引風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)壓力，組成一個(gè)單回路的壓力控制結(jié)構(gòu)。流化床的風(fēng)機(jī)由馬達(dá)控制中心(MCC)直接控制，部分信號(hào)由DCS來監(jiān)控。DCS通過硬接線的方式獲取風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)故障、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等信號(hào)，并進(jìn)行間接的停止和速度調(diào)節(jié)控制。

風(fēng)機(jī)上帶有溫度測(cè)量傳感器，信號(hào)直接接入DCS中，在DCS中進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警設(shè)置；同時(shí)每套風(fēng)機(jī)配置了2個(gè)振動(dòng)傳感器，也直接接入DCS進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警設(shè)置。

2 硫銨輸送過程控制

流化床干燥后的硫銨經(jīng)傳送帶輸送至料倉(cāng)中存儲(chǔ)，共設(shè)置6個(gè)料倉(cāng)來滿足不同包裝規(guī)格的硫銨包裝生產(chǎn)。由于硫銨輸送工段存在粉塵，所以在輸送流程內(nèi)的所有設(shè)備并未設(shè)置就地控制器，以免因粉塵造成就地控制器的故障以及維護(hù)不便。這些成套設(shè)備又由不同供貨商供貨，設(shè)備間無法完成就地的連接通信以及控制，所以這些設(shè)備的控制均由硬接線的方式接入DCS，由DCS完成直接監(jiān)控。其中，料倉(cāng)的工作狀態(tài)沒有信號(hào)傳輸至DCS，需要通過犁式卸料器的工作狀態(tài)來判斷料倉(cāng)的工作狀態(tài)，見表2 所列，其中O代表犁式卸料器運(yùn)行，X代表犁式卸料器未運(yùn)行。

表2 料倉(cāng)運(yùn)行邏輯判斷

由表2可知，硫銨輸送過程通過在DCS上的順控設(shè)置來完成對(duì)這些設(shè)備的控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以及整個(gè)輸送過程的控制，滿足硫銨產(chǎn)品送至目的料倉(cāng)同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

在整個(gè)硫銨生產(chǎn)與輸送過程中包含有大量的成套設(shè)備，并且來自不同的供貨商，設(shè)備間由于內(nèi)在和外在的原因無法實(shí)現(xiàn)就地有效地連接通信，利用DCS控制系統(tǒng)可以有效地提高生產(chǎn)效率，確保系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定，不但節(jié)約了設(shè)備及生產(chǎn)控制的成本，還使整個(gè)硫銨生產(chǎn)及輸送過程的可靠性及便利維護(hù)得到了保障。