電石生產(chǎn)全流程一體化控制與優(yōu)化措施分析

閆 濤，張洪斌，賈雪鶴，李鵬飛

（內(nèi)蒙古永安安全科技有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000）

電石就是碳化鈣，主要用于生產(chǎn)醋酸乙烯、石灰氮及PVC等，也是化工行業(yè)生產(chǎn)的主要原材料。我國(guó)政府在危險(xiǎn)化學(xué)品兩重點(diǎn)一重大監(jiān)管中納入電石生產(chǎn)，對(duì)電石生產(chǎn)提出更高的要求，生產(chǎn)時(shí)需要減少人工操作以控制安全因素。電石生產(chǎn)過程中引入全流程一體化控制技術(shù)，可以準(zhǔn)確控制各環(huán)節(jié)的參數(shù)，確保參數(shù)的精確性，提高電石生產(chǎn)的效率。所以，需要做好電石生產(chǎn)全流程一體化控制與優(yōu)化。

1 電石生產(chǎn)全流程一體化控制的優(yōu)勢(shì)

1.1 重要性

（1）全流程一體化已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展的必然趨勢(shì)，化工領(lǐng)域在快速發(fā)展的今天也帶動(dòng)了技術(shù)的革新。對(duì)于電石生產(chǎn)而言，對(duì)設(shè)備的需求量不斷提升。因此合理利用全流程一體化可以提升生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量，有利于我國(guó)的大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）在電石生產(chǎn)的過程中，設(shè)備的應(yīng)用可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工勞作，不僅提升了效率，還能有效降低對(duì)勞動(dòng)力的需求。在化工過程中，隨著全流程一體化的不斷發(fā)展，有效改善了電石生產(chǎn)環(huán)境，通過對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，可以選擇更好的生產(chǎn)技術(shù)，提升化工的精度，提升電石生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，加快化生產(chǎn)進(jìn)程。

（3）就電石生產(chǎn)的設(shè)備而言，由于人們對(duì)生產(chǎn)效率和質(zhì)量越來(lái)越重視，因此設(shè)備的功能也越來(lái)越豐富。傳統(tǒng)的企業(yè)化工，需要經(jīng)過煩瑣的流程，具體包括對(duì)各類零件的加工以及設(shè)備框架的制作和組裝工作。這些工作將會(huì)消耗大量的人力和物力，也為企業(yè)的化工工作增加了成本，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。使用全流程一體化，不僅可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，還能進(jìn)一步滿足電石生產(chǎn)的需求，推動(dòng)設(shè)備的創(chuàng)新。

1.2 優(yōu)勢(shì)分析

1.2.1 保證電石生產(chǎn)的安全性

在技術(shù)的推動(dòng)下，應(yīng)用全流程一體化的電石生產(chǎn)，具有自動(dòng)監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警以及自我保護(hù)的功能。在運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)電力故障，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)保護(hù)措施，從而有效降低安全事故發(fā)生的概率，提升設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。

1.2.2 提升運(yùn)行能力

全流程一體化優(yōu)勢(shì)顯著，將其應(yīng)用到電石生產(chǎn)中，可以改善傳統(tǒng)運(yùn)行的不足。全流程一體化綜合各方面技術(shù)，如，網(wǎng)絡(luò)科技、計(jì)算機(jī)、化工以及自動(dòng)化控制等多個(gè)領(lǐng)域和科技，從而為化工企業(yè)提供更加智能化的控制服務(wù)，這對(duì)于提升管理人員的管理水平，提升工作效率具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2.3 提高性能

將全流程一體化應(yīng)用到電石生產(chǎn)中，通過程序控制與電氣技術(shù)及時(shí)調(diào)整化工情況，改善傳統(tǒng)控制方法的不足，簡(jiǎn)化操作流程，提升工作效率。對(duì)于高級(jí)的全流程一體化，還能通過對(duì)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和外部參數(shù)的調(diào)整，自動(dòng)選擇最優(yōu)的工作程序。

2 電石生產(chǎn)流程與控制現(xiàn)狀分析

2.1 電石生產(chǎn)流程的內(nèi)涵

電石生產(chǎn)流程主要在密閉電石爐內(nèi)完成，這是一種礦熱電爐，設(shè)備運(yùn)行原理為：電石爐通電后，將電能與弧光轉(zhuǎn)為熱能，促進(jìn)電石爐溫度提升，接著將碳素材料添加到爐內(nèi)，高溫條件后各原料反應(yīng)生成電石。

（1）烘干處理生石灰、半焦、焦炭等材料，其后直接放置在石灰倉(cāng)與料倉(cāng)內(nèi)。

（2）生產(chǎn)過程中根據(jù)具體要求稱量合適的原料，將這些稱量后的原料放置在布料倉(cāng)內(nèi)。同時(shí)，電石爐在布料倉(cāng)下方并進(jìn)行連接，提高投料的便捷性，優(yōu)化這一操作環(huán)節(jié)，提高電石生產(chǎn)效率。

（3）高溫狀態(tài)下電石逐漸呈現(xiàn)熔融狀態(tài)。

（4）熔融狀態(tài)的電石通過出爐系統(tǒng)轉(zhuǎn)至電石鍋內(nèi)，待其冷卻后經(jīng)過破碎機(jī)破碎形成固定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電石生產(chǎn)的目的。

2.2 生產(chǎn)流程控制的現(xiàn)狀

當(dāng)前DCS控制系統(tǒng)普遍應(yīng)用于電石生產(chǎn)，通過這種控制方式取代人工操作方式，提高操作的準(zhǔn)確性，也可以根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整工藝參數(shù)與內(nèi)容，提高電石生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。但實(shí)際中受到各類影響，造成DCS系統(tǒng)依然存在一些問題，需要適當(dāng)配合人工操作，控制過程中存在一些問題。

2.2.1 無(wú)法及時(shí)響應(yīng)

DCS系統(tǒng)控制過程中無(wú)法準(zhǔn)確獲知生產(chǎn)原料組分情況，存在配料延時(shí)的情況，不利于提高電石爐生產(chǎn)效率。配料時(shí)選擇人工操作方式，造成工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度過大，生產(chǎn)成本增加，直接威脅到工作人員的身體健康，甚至出現(xiàn)不同的安全隱患。

2.2.2 電極升降分析

電石生產(chǎn)時(shí)會(huì)用到三相電流，而其中存在顯著的非線性耦合關(guān)系，造成電極升降控制時(shí)需要考慮諸多因素，如電極深度、耦合關(guān)系等，任何一個(gè)地方考慮不周，都會(huì)影響內(nèi)部電流的正常運(yùn)行。但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)存在無(wú)法及時(shí)控制電極升降的情況，大多依靠工作人員經(jīng)驗(yàn)控制，因此存在升級(jí)不及時(shí)或不合理等情況，影響到電石生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2.3 電極壓放分析

電石生產(chǎn)過程中存在各類影響因素，需要做好總結(jié)分析工作，提前制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，提高電石生產(chǎn)運(yùn)行質(zhì)量。如，運(yùn)行情況、負(fù)荷情況及電極長(zhǎng)度等，確保壓放次數(shù)的合理性。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)相關(guān)參數(shù)獲得需要技術(shù)人員手動(dòng)操作，容易在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)誤差，繼而影響到測(cè)量結(jié)果，不利于生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行。

3 電石生產(chǎn)流程與控制存在問題的原因

電石生產(chǎn)流程控制現(xiàn)狀與存在問題，這些問題的成因本質(zhì)上就是自動(dòng)化技術(shù)水平不足，缺少創(chuàng)新意識(shí)及缺少足夠的專業(yè)，這些問題的存在直接影響到電石生產(chǎn)流程與控制的效果。

3.1 相關(guān)技術(shù)不夠先進(jìn)

實(shí)際電石生產(chǎn)效果不理想，最為直接的原因就是技術(shù)不夠先進(jìn)，影響到生產(chǎn)效率提升。國(guó)內(nèi)電石生產(chǎn)技術(shù)起步較晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，很多生產(chǎn)技術(shù)水平偏低，具有較大的發(fā)展與進(jìn)步空間。

同時(shí)，部分從事電石生產(chǎn)的技術(shù)人員，不主動(dòng)更新知識(shí)儲(chǔ)備、優(yōu)化技術(shù)內(nèi)容，即便生產(chǎn)過程中有先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備，也無(wú)法發(fā)揮其作用，直接影響到電石生產(chǎn)效率提升。

3.2 缺乏生產(chǎn)創(chuàng)新意識(shí)

電石生產(chǎn)過程中存在的另一大問題，就是缺少技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)，習(xí)慣使用原有技術(shù)上進(jìn)行生產(chǎn)，不愿意花費(fèi)精力進(jìn)行創(chuàng)新。但我國(guó)化工企業(yè)電石生產(chǎn)模式相對(duì)落后，不創(chuàng)新意味著競(jìng)爭(zhēng)力不足，不利于企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

創(chuàng)新理念不足會(huì)阻礙企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，電石生產(chǎn)企業(yè)缺乏更新技術(shù)與設(shè)備的勇氣，限制生產(chǎn)效率提升。創(chuàng)新意識(shí)不足不利于企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，也會(huì)影響到企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力提升。

3.3 缺少足夠技術(shù)人才

電石生產(chǎn)時(shí)需要大量高素質(zhì)人才，這些人才分布在生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)。雖然當(dāng)前電石生產(chǎn)初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但設(shè)備操作等依舊需要技術(shù)人員參與，具備嫻熟技術(shù)與專業(yè)素養(yǎng)的人才，已成為影響企業(yè)發(fā)展的主要因素。

但實(shí)際中存在電石人才不足的問題。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因較為復(fù)雜，如企業(yè)不愿意提高技術(shù)人員待遇、技術(shù)人員自身缺乏上進(jìn)心等，這些問題的存在，都會(huì)影響人才質(zhì)量提升。這就需要企業(yè)分析實(shí)際原因，制定科學(xué)合理的人才培養(yǎng)方案，或是直接從市場(chǎng)招聘高素質(zhì)的技術(shù)人才，切實(shí)發(fā)揮電石生產(chǎn)全流程一體化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4 電石生產(chǎn)過程中全流程一體化技術(shù)的應(yīng)用分析

以電石生產(chǎn)過程為著手點(diǎn)，分析電石生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的技術(shù)問題，給出利用全流程一體化控制技術(shù)的措施，解決這類問題的不足，實(shí)現(xiàn)提高全流程一體化控制的不足。

4.1 技術(shù)優(yōu)化方案分析

實(shí)際中引入APC-Suite軟件對(duì)電石生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，這一軟件由多功能組件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)控制多元化的目的。全流程一體化控制技術(shù)應(yīng)用于電石生產(chǎn)過程，技術(shù)人員需要合理運(yùn)用軟件功能提高生產(chǎn)質(zhì)量。

APC-Adcon軟件具有多變量預(yù)測(cè)控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電石生產(chǎn)過程中各類參數(shù)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電石生產(chǎn)過程的控制；APC-Studio軟件本身有著智能控制作用，可以實(shí)現(xiàn)多變量的預(yù)測(cè)工作，依據(jù)故障情況準(zhǔn)確診斷并采取解決措施；APC-Sensor軟件則具有軟測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制電石生產(chǎn)的目的。實(shí)際中，通過合理利用各類軟件，準(zhǔn)確應(yīng)用模擬功能，節(jié)能降耗，進(jìn)一步增加企業(yè)效益。

4.2 技術(shù)優(yōu)化方案實(shí)施

基于APC-Suite軟件平臺(tái)可以順利解決電石生產(chǎn)過程中存在的各類問題。

4.2.1 優(yōu)化配料控制

電石生產(chǎn)時(shí)配料控制存在響應(yīng)不及時(shí)的情況，基于集散控制系統(tǒng)配料時(shí)選擇人工方式，這一方式下工作強(qiáng)度大且容易出錯(cuò)，經(jīng)常性出現(xiàn)配料失誤的情況。電石生產(chǎn)時(shí)利用相關(guān)軟件，逐步實(shí)現(xiàn)配料自動(dòng)化控制。

電石生產(chǎn)時(shí)利用這一軟件獲得相應(yīng)參數(shù)，依據(jù)這些參數(shù)準(zhǔn)確安排配料順序，計(jì)算各料倉(cāng)配料量并傳送到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配料的情況。電石生產(chǎn)過程中刮板參數(shù)異常情況出現(xiàn)后，自動(dòng)應(yīng)急預(yù)案會(huì)實(shí)施并調(diào)整料倉(cāng)，切實(shí)發(fā)揮APC控制系統(tǒng)的作用，確保電石生產(chǎn)的連續(xù)性。

4.2.2 優(yōu)化電極升降控制

APC控制系統(tǒng)模式下解決電極升降控制問題，會(huì)選擇配置控制器的方式完成。電極升降控制器通過控制三相電極的方式，提高電極做功的穩(wěn)定性，繼而確保生產(chǎn)活動(dòng)的順利開展，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

同時(shí)，電極升降控制優(yōu)化改造前，對(duì)于各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄需要人工方式完成，通過分析數(shù)據(jù)方式判斷調(diào)解方案的合理性，這種模式下容易出現(xiàn)調(diào)節(jié)失誤的情況，造成電流變化較大，不利于提高電石爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。而通過引入APC系統(tǒng)，可以充分考慮設(shè)備運(yùn)行情況，與各類變化因素結(jié)合起來(lái)對(duì)三相電極檔位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保電石爐可以高效運(yùn)行，避免其他因素干擾到設(shè)備運(yùn)行，增強(qiáng)檔位調(diào)節(jié)的合理性，最大程度減少能耗，提高生產(chǎn)效率。

4.2.3 優(yōu)化電極壓放控制

電石生產(chǎn)中電極研發(fā)問題較為常見，通過引入APC控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量與控制的作用，根據(jù)實(shí)際需求合理設(shè)置電極壓放次數(shù)，自動(dòng)操作電極壓放。電極長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)主動(dòng)考慮爐況，根據(jù)電石爐的運(yùn)行情況，綜合考慮電極消耗速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極長(zhǎng)度的準(zhǔn)確估算。

自動(dòng)提升負(fù)荷時(shí)，APC控制系統(tǒng)有著豐富的開爐種類，甚至達(dá)到18種，每個(gè)操作流程都有相應(yīng)的操作原則，達(dá)成自動(dòng)操作負(fù)荷的目的，避免人工操作影響到準(zhǔn)確性，達(dá)成自動(dòng)化控制提升。通過這種方式轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，提高電石爐運(yùn)行效率。此外，電石爐電極壓發(fā)自動(dòng)控制時(shí)，需要將智能控制器放置在APC控制系統(tǒng)內(nèi)，使用前充分利用各方面參數(shù)，通過自動(dòng)控制方式確保電石爐安全運(yùn)行，保證爐況的穩(wěn)定性。

4.3 在智能控制方面的應(yīng)用

在對(duì)電石生產(chǎn)進(jìn)行智能控制時(shí)，使用智能化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，還可以在無(wú)人環(huán)境中實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作與控制。這種技術(shù)和模式的實(shí)現(xiàn)，可以極大減少危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中人員的參與，從而降低作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，提升生產(chǎn)的綜合效益。智能化技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)殡姎庾詣?dòng)化工程價(jià)值的發(fā)揮提供更多的空間。工業(yè)生產(chǎn)過程中合理應(yīng)用智能控制技術(shù)，可以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)控制技術(shù)的不足，提高設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量與效率，降低設(shè)備故障發(fā)生率，促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量與效率的提升。

4.4 自動(dòng)化控制凈化系統(tǒng)

電石爐全流程一體化生產(chǎn)時(shí)，APC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制凈化系統(tǒng)的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)各參數(shù)的準(zhǔn)確控制，如爐壓、溫度等，最大程度避免出現(xiàn)運(yùn)行故障。調(diào)節(jié)爐壓時(shí)通過粗凈氣風(fēng)機(jī)控制完成，通過軟件模擬與預(yù)測(cè)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，接著以此為基礎(chǔ)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，繼而形成穩(wěn)定的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。如果出現(xiàn)踏料情況，控制系統(tǒng)可以對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將爐壓控制在合理范圍內(nèi)，有效控制負(fù)壓時(shí)間。

控制粗氣風(fēng)機(jī)的過程中，主要控制電石爐的壓力，而凈氣風(fēng)機(jī)出口壓力會(huì)對(duì)爐壓造成影響，利用APC控制系統(tǒng)可以避免這一因素影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐壓的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)?？刂苾魵怙L(fēng)機(jī)時(shí)，需通過對(duì)過濾器出口壓力的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的控制，負(fù)壓倒計(jì)時(shí)及爐壓會(huì)對(duì)控制效果造成影響，達(dá)成精準(zhǔn)控制的目的。在電石爐發(fā)生故障時(shí)，通過對(duì)故障信號(hào)的分析，能夠?qū)ο嚓P(guān)的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，明確電石爐的特征信息，以反饋信號(hào)作為重要依據(jù)對(duì)電石爐進(jìn)行快速針對(duì)性的判斷。

將收集到的故障信號(hào)與電石爐的運(yùn)行信息結(jié)合起來(lái)分析，利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析模型和數(shù)據(jù)分析設(shè)備能夠提升故障診斷的效率。當(dāng)前，在科技的推動(dòng)下，電石爐故障診斷的方法和故障診斷的效率也在改進(jìn)。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，讓人工智能的優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)，這也是今后的一種主流診斷方式，在科技和設(shè)備的推動(dòng)下，電石爐的診斷準(zhǔn)確性和診斷速度都會(huì)得到大幅度提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

電石生產(chǎn)過程中應(yīng)用全流程一體化技術(shù)，需要在原有DCS控制基礎(chǔ)上選擇合適的技術(shù)設(shè)備，改善其無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的情況。電石生產(chǎn)過程中合理運(yùn)用全流程一體化技術(shù)，可以改善傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的不足，利用系統(tǒng)控制取代各項(xiàng)人工操作，實(shí)現(xiàn)控制電石生產(chǎn)全流程一體化控制，進(jìn)一步提高電石生產(chǎn)的質(zhì)量，旨在為類似研究提供借鑒。