乙炔發(fā)生器批量自動加料的智能化控制方案

張 亮

（陜西金泰氯堿神木化工有限公司，陜西 榆林719319）

陜西金泰氯堿神木化工有限公司新建60萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置，采用電石濕法生產(chǎn)工藝，其中乙炔工序采用2條生產(chǎn)線，考慮到傳統(tǒng)乙炔工藝需要人工工作量大、工作環(huán)境惡劣，乙炔生產(chǎn)裝置固體物料、粉體物料、液體物料種類繁雜，發(fā)生器加料頻次高，生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵大、噪聲大、震動劇烈，因此設(shè)備故障率高，現(xiàn)場作業(yè)人員勞動量大，公司為此探索出一條乙炔裝置智能化方案。

1 工藝簡述

單條生產(chǎn)線選用目前行業(yè)內(nèi)最大發(fā)生器，直徑4.2 m、長度11.976 m，發(fā)氣量4 500 m3/h，單條線設(shè)6臺發(fā)生器，因傳統(tǒng)可逆皮帶小車難以實現(xiàn)多點下料，最多可以供2臺發(fā)生器加料，且其輸送能力有限，因此選用托盤式輸送機進行加料。為滿足該發(fā)生器加料量需求，乙炔發(fā)生器行業(yè)內(nèi)首次創(chuàng)新采用全自動批量加料流程，以契合智能化工廠的要求。發(fā)生器加料是塊狀電石，工藝過程為大料倉振動給料機→帶式輸送機→托盤式輸送機→小料斗→上貯斗→下貯斗→振動給料器→乙炔發(fā)生器。其中小料斗、上貯斗、下貯斗規(guī)格完全相同，上貯斗采用氮氣連續(xù)置換，起到隔絕乙炔氣和空氣的作用。通過配合乙炔裝置的儀表條件、聯(lián)鎖條件，對電石自動加料進行控制。

2 加料過程

2.1 小料斗加料

2.1.1 具備加料條件的前置判定

信號1：小料斗觸發(fā)重量低聯(lián)鎖；信號2：與該臺小料斗對應(yīng)的托盤式輸送機下料閥的閥位處于開狀態(tài)（粉體閥門）；信號3：小料斗與對應(yīng)的上貯斗之間的加料閥，閥位處于關(guān)閉狀態(tài)；信號4：該發(fā)生器處于“在線”狀態(tài)。同時滿足上述4個信號，則DCS判定該小料斗具備加料條件。

2.1.2 批次加料的步驟

模式1：自動加料的基本模式為“固定時間，批次加料”，包括（1）大料倉振動給料機下料；（2）帶式輸送機輸送；（3）托盤式輸送機輸送；（4）給小料斗加料；（5）等待。5個步驟組成一個完整的加料批次。步驟（1）至（4）用時10～16 min（視本批次加料的小料斗臺數(shù)而定），步驟（5）的時間視前4步而定，確保每個批次的總時間為20 min不變。

以步驟（1）的開始作為每一個批次的計時起點。每個批次，給符合前置判定條件的所有小料斗加料，且只給步驟（1）開始時，已經(jīng)符合前置判定條件的小料斗加料，在步驟（1）開始后才符合前置判定條件的，等待下一個批次加料。

模式2：自動加料的基本模式為“計數(shù)判定，批次加料”，包括（1）大料倉振動給料機下料；（2）帶式輸送機輸送；（3）托盤式輸送機輸送；（4）給對應(yīng)的小料斗加料；（5）等待。5個步驟組成一個完整的加料批次。

以步驟（1）的開始作為每一個批次的起點，以步驟（4）的結(jié)束作為一個批次的終點。每個批次，給所有符合加料前置判定條件的小料斗加料。上一個批次的步驟（4）結(jié)束后，如果此時符合前置判定條件的小料斗數(shù)量≥3臺，則跳過步驟（5）直接開始下一批次；如果符合前置判定條件的小料斗數(shù)量＜3臺，則進入步驟（5），直到有第3臺符合條件，才開始下一批次的加料。每個批次只給步驟（1）開始時已經(jīng)符合前置判定條件的小料斗加料，在步驟（1）開始后才符合前置判定條件的，等待下一個批次加料。

2.1.3 每個批次加料量的判定

托盤式輸送機因其只能正向運行的特性，而一臺盤式輸送機對應(yīng)6臺發(fā)生器的小料斗，且每次需要加料的小料斗數(shù)量不同，因此每個批次需要準(zhǔn)確判定輸送總量。每個加料批次開始前，（符合前置條件的小料斗數(shù)量）×（單臺小料斗的加料量4.5 t）=本批次的加料總量，由DCS將本批次加料總量發(fā)指令給大料倉振動給料機，并開始步驟（1）。

2.1.4 單臺小料斗加料量的控制

單臺小料斗加料由重量聯(lián)鎖控制，當(dāng)重量觸發(fā)高聯(lián)鎖，則關(guān)閉對應(yīng)的托盤式輸送機加料閥，停止該小料斗加料。

2.2 小料斗向上貯斗進料

首先判定上貯斗具備加料條件，要滿足3個信號。

信號1：上貯斗氮氣進口閥處于開啟狀態(tài)時間超過3 min（t1，閥門如果關(guān)閉，則重新開始計時，下同）；信號2：下貯斗加料閥處于關(guān)閉狀態(tài)的時間超過3 min（t2）。信號3：上貯斗重量觸發(fā)低聯(lián)鎖。同時滿足以上3個信號，DCS判定該上貯斗具備加料條件，并顯示為等待加料狀態(tài)。

當(dāng)小料斗稱重信號02WT0202觸發(fā)高聯(lián)鎖狀態(tài)下，上貯斗也具備加料條件，則DCS自動送出2個信號。信號1：打開對應(yīng)的加料閥；信號2：關(guān)閉對應(yīng)的氮氣置換進料閥。

當(dāng)小料斗稱重信號觸發(fā)低聯(lián)鎖，DCS自動送出3個信號，并同時開始計時。信號1：關(guān)閉對應(yīng)的加料閥，并開始計時（t3）；信號2：打開對應(yīng)的氮氣置換進料閥，并開始計時（t1）。信號3：打開對應(yīng)的盤式輸送機下料閥（粉體閥門）。

2.3 上貯斗向下貯斗加料

首先判定上貯斗具備出料條件，要滿足3個信號。信號1：上貯斗氮氣進口閥處于開啟狀態(tài)時間超過3 min（t1）。信號2：上貯斗加料閥處于關(guān)閉狀態(tài)的時間超過3 min（t3）。信號3：上貯斗稱重信號判定該料斗有物料。同時滿足以上3個信號，DCS判定上貯斗具備出料條件，并顯示為等待出料狀態(tài)。

當(dāng)下貯斗重量觸發(fā)低聯(lián)鎖，且上貯斗處于等待出料狀態(tài)，則DCS送出信號，開始給下貯斗加料。信號1：打開對應(yīng)的下貯斗加料閥；加料完成后，上貯斗重量低聯(lián)鎖，關(guān)閉對應(yīng)的加料閥，并開始計時（t2）。

2.4 下貯斗向乙炔發(fā)生器加料

下貯斗通過底部直接連接的振動給料器給發(fā)生器加料。振動給料器的頻率可調(diào)，通過調(diào)整頻率，使得1斗料加入發(fā)生器的總時間控制在18～20 min。

2.5 皮帶秤的自動校準(zhǔn)

通過每次各小料斗稱重的加和，與上游皮帶稱重做比較，自動減少偏差。但該偏差應(yīng)始終保持是負(fù)偏差，即各小料斗的重量加和應(yīng)始終小于皮帶稱重，避免最后一個小料斗溢料。

3 人工干預(yù)

3.1 發(fā)生器離線

每臺發(fā)生器有“離線”和“在線”兩種狀態(tài)，并在DCS上進行顯示，可由操作人員人工切換。當(dāng)裝置負(fù)荷調(diào)整要停掉某些發(fā)生器，或某些發(fā)生器需要檢修，可以人工在DCS上將對應(yīng)的發(fā)生器切換為離線狀態(tài)。切換為離線狀態(tài)的發(fā)生器，不再參與下一批次加料計數(shù)。由操作人員判斷該離線發(fā)生器是否繼續(xù)小料斗→發(fā)生器的加料流程。

故障判斷：（1）對于任何1臺上貯斗加料閥或下貯斗加料閥，在發(fā)出開/關(guān)信號后，超過10 s未收到閥位信號，則判斷該閥門故障，在DCS顯示故障并報警。該發(fā)生器自動切換為“離線”。（2）氮氣壓力或流量觸發(fā)低聯(lián)鎖，停止計時器t1，t2，t3。

3.2 單臺發(fā)生器并線

單臺發(fā)生器完成檢修后，需要重新并入流程，需要首先對上貯斗、下貯斗、發(fā)生器以及相關(guān)的管路系統(tǒng)進行氮氣置換，檢測合格后，由操作人員在DCS上將該發(fā)生器切換為“在線”。計時器設(shè)定值列表見表1。

表1 計時器設(shè)定值列表

4 結(jié)語

該乙炔發(fā)生器批量自動加料的智能化控制方案的實施，保證了發(fā)生器的加料效率、加料置換事件和加料安全性，降低了主控手動操作頻次，避免了手動操作失誤引起燃爆事故的發(fā)生，提高發(fā)生器運行穩(wěn)定性及智能化控制水平，降低現(xiàn)場操作員工暴露于危險惡劣環(huán)境的頻率和時間，因而大大降低了主控及巡檢人員配置，對企業(yè)提升智能化水平十分關(guān)鍵。