雙氧水項(xiàng)目智能控制技術(shù)應(yīng)用

于娜娜, 丁 瑞, 楊賽賽

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司新建20萬(wàn)t/a產(chǎn)能雙氧水項(xiàng)目,利用醌類物質(zhì)可以被氫化還原再重新恢復(fù)為醌的特性,以烷基蒽醌衍生物為載體,在鈀觸媒催化劑作用下完成氫化,并氧化生成過(guò)氧化氫[1],其工藝流程包含提氫、氧化、萃取凈化和后處理工序。項(xiàng)目于2021年開(kāi)始建設(shè),2022年5月投產(chǎn),項(xiàng)目建設(shè)時(shí)廣泛應(yīng)用了自控閥、在線分析儀、界面計(jì)、視頻監(jiān)控等智能儀器儀表,并對(duì)電源系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)進(jìn)行了智能控制技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化。

1 智能控制應(yīng)用

1.1 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)作為整套裝置的動(dòng)力系統(tǒng),為控制系統(tǒng)的軟硬件運(yùn)行、操作站的使用、現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表設(shè)備的穩(wěn)定輸出持續(xù)提供動(dòng)力支持,是裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心單元。該雙氧水裝置的控制系統(tǒng)采用不間斷電源(UPS),為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,UPS為雙路配置設(shè)計(jì)。為消除UPS系統(tǒng)因人員巡檢不及時(shí),故障報(bào)警信息不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)響應(yīng)的問(wèn)題隱患,將UPS系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行情況、各測(cè)點(diǎn)溫度等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)操作畫面,并利用控制系統(tǒng)報(bào)警設(shè)置功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,確保電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

1.2 儀表管理系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備的統(tǒng)一集中管理,控制系統(tǒng)集成了和利時(shí)設(shè)備管理軟件(HAMS V3.6.0),其設(shè)備管理流程見(jiàn)圖1。該設(shè)備管理軟件的主要功能為：(1) 調(diào)零校準(zhǔn)和管理現(xiàn)場(chǎng)所有可支持智能儀表設(shè)備;(2) 遠(yuǎn)程組態(tài)修改所管理的現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的所有功能參數(shù);(3) 實(shí)現(xiàn)對(duì)在線管理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控并自動(dòng)進(jìn)行異常情況報(bào)警;(4) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有智能儀表實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)賬和操作日志一站式集中管理。通過(guò)設(shè)備管理系統(tǒng)的應(yīng)用,可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備定制維護(hù)管理計(jì)劃,進(jìn)行及早預(yù)警及早干預(yù),提高設(shè)備維護(hù)的及時(shí)性,極大減少設(shè)備維護(hù)的工作量和便協(xié)性,提高裝置智能化。

圖1 HAMS V3.6.0設(shè)備管理流程

1.3 控制系統(tǒng)

雙氧水產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中原設(shè)計(jì)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯控制器(PLC)程序控制處理雙氧水尾氣的膨脹機(jī)組和尾氣處理機(jī)組,但PLC程序控制存在一定弊端：操作人員無(wú)法直觀了解機(jī)組運(yùn)行情況;機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法被記錄,有異常情況時(shí)無(wú)法根據(jù)歷史趨勢(shì)對(duì)其進(jìn)行分析和原因查找;當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)跳車等意外情況時(shí)無(wú)法第一時(shí)間察覺(jué)并及時(shí)做出響應(yīng)。鑒于以上原因,更改原有設(shè)計(jì),將膨脹機(jī)組和尾氣處理機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)全部接入集散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)集成管理和集中控制,對(duì)于膨脹機(jī)組轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、潤(rùn)滑油油壓等聯(lián)鎖儀表點(diǎn)提升安全系數(shù),采用三取二控制邏輯。對(duì)尾氣處理機(jī)組的順控程序進(jìn)行優(yōu)化,將運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行步驟在畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,并在原有基礎(chǔ)上增加在運(yùn)行過(guò)程中的暫停功能,畫面添加 “暫?！卑粹o,以實(shí)現(xiàn)尾氣處理機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中異常情況下,人為干預(yù)校正的主動(dòng)性和可操作性。通過(guò)控制系統(tǒng)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)膨脹機(jī)組和尾氣處理機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2 智能儀表應(yīng)用

為適配裝置智能控制應(yīng)用,提升裝置自動(dòng)化水平,裝置安裝設(shè)計(jì)時(shí)分別從自控閥、在線分析儀、界面計(jì)、視頻監(jiān)控等方面著手,通過(guò)廣泛應(yīng)用智能儀器儀表,優(yōu)化儀表選型,調(diào)整儀表取樣點(diǎn)位等方式,進(jìn)一步提升裝置智能化水平。

2.1 自控閥

經(jīng)不斷分析論證并結(jié)合工藝生產(chǎn)控制要求,將原有部分手動(dòng)閥門改換成自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥。通過(guò)增加裝置現(xiàn)場(chǎng)自控閥門數(shù)量,減少開(kāi)停車及日常生產(chǎn)維護(hù)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)操作人員數(shù)量以及勞動(dòng)強(qiáng)度,提高裝置的自動(dòng)化程度。通過(guò)對(duì)每一個(gè)自調(diào)回路比例-積分-微分(PID)參數(shù)的不斷反復(fù)調(diào)試,以期實(shí)現(xiàn)先進(jìn)過(guò)程控制(APC)效果,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)102臺(tái)自調(diào)閥的全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置各壓力、溫度、流量、液位、界面等參數(shù)的全自動(dòng)調(diào)節(jié)控制,最大程度地減少工藝操作人員的工作強(qiáng)度,降低人為操作失誤的概率。

2.2 在線分析儀

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)進(jìn)行分析產(chǎn)品質(zhì)量特性的儀表稱為在線分析儀表[2]。在公司前3套雙氧水裝置維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為實(shí)現(xiàn)對(duì)雙氧水品質(zhì)、工作液狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,新增萃取塔出口雙氧水濃度在線分析、產(chǎn)品泵出口濃縮雙氧水濃度在線分析、氫化液儲(chǔ)槽入口氫蒽醌含量在線分析、氧化塔出口氫蒽醌含量在線分析、萃取塔出口雙氧水顆粒含量在線分析、工作液調(diào)溫器入口工作液中水分分析、萃余液雙氧水含量在線分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)雙氧水生產(chǎn)過(guò)程全流程的品質(zhì)監(jiān)管。新增在線分析儀詳細(xì)點(diǎn)位見(jiàn)表1。

表1 新增在線分析儀詳細(xì)點(diǎn)位表

2.3 界面計(jì)

界位是指在容器中2種密度不同、互不相容的介質(zhì)的分界面所處的位置,界面計(jì)就是測(cè)量界位的測(cè)量?jī)x器[3]。針對(duì)雙氧水裝置萃取塔界面、凈化塔底部界面、濃縮凈化塔界面、工作液聚結(jié)器底部界面等重要界面點(diǎn)位以及界面測(cè)量中易失準(zhǔn)的情況,采用更具測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)的磁致伸縮液位計(jì),并且在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上每個(gè)界面點(diǎn)新增2臺(tái)界面計(jì),控制邏輯上使用安全系數(shù)更高的三取二聯(lián)鎖進(jìn)而降低界面測(cè)量的故障率,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性,保證生產(chǎn)過(guò)程控制的穩(wěn)定性。

2.4 視頻監(jiān)控

對(duì)于雙氧水生產(chǎn)過(guò)程中氧化塔、萃取塔各樓層視鏡以及工作液聚結(jié)器等重要排污視鏡點(diǎn),在原設(shè)計(jì)監(jiān)控點(diǎn)位基礎(chǔ)上增加視鏡監(jiān)控點(diǎn)位,將監(jiān)控畫面引入操作控制室,操作人員室內(nèi)即可直接查看視鏡點(diǎn)狀態(tài)和工作情況,從而降低操作人員巡檢頻次,更直觀及時(shí)地發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)工作液狀態(tài)以及排污情況,便于對(duì)異常情況及時(shí)響應(yīng)和處理。

3 安裝方式改進(jìn)

現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備穩(wěn)定可靠的運(yùn)行和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集是保證控制系統(tǒng)自動(dòng)精準(zhǔn)控制的首要條件,也是裝置智能化應(yīng)用的先決條件。為保證現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備性能的穩(wěn)定性,設(shè)備安裝時(shí)主要從防寒防凍和防水2個(gè)方面對(duì)儀表安裝方式進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)對(duì)不利于安裝和維護(hù)的儀表點(diǎn)進(jìn)行位置變更[4]。

針對(duì)儀表防凍問(wèn)題,經(jīng)過(guò)對(duì)所測(cè)介質(zhì)進(jìn)行分析和分類,對(duì)于易結(jié)冰或結(jié)晶的介質(zhì)采用遠(yuǎn)傳法蘭隔膜壓力變送器,取消導(dǎo)壓管長(zhǎng)距離敷設(shè),采用根部安裝方式,再通過(guò)保溫措施進(jìn)行防護(hù)。通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝方式,優(yōu)化設(shè)備選型,實(shí)現(xiàn)整套裝置無(wú)儀表伴熱點(diǎn),降低冬季儀表伴熱造成的蒸汽消耗和防凍點(diǎn)檢修人員維護(hù)的工作量。對(duì)于夏季儀表防水防雨問(wèn)題,采取以下強(qiáng)化措施：儀表線纜橋架采用密封橋架,儀表線纜穿線管最低處加裝排水三通接頭,儀表進(jìn)線口安裝密封防爆接頭,備用進(jìn)線口安裝防爆堵頭。

4 結(jié)語(yǔ)

該雙氧水裝置自投產(chǎn)以來(lái),安全穩(wěn)定運(yùn)行,未出現(xiàn)生產(chǎn)等異常情況,進(jìn)一步反映了雙氧水智能控制技術(shù)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的適用性,不僅大大降低操作人員和設(shè)備維護(hù)人員的工作強(qiáng)度,而且提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本;通過(guò)提高異常情況響應(yīng)的及時(shí)性,也提升了裝置的安全穩(wěn)定性。該雙氧水項(xiàng)目智能控制技術(shù)的應(yīng)用可為其他相同或類似裝置現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)化和改進(jìn)工作提供一定參考。

該雙氧水裝置智能控制技術(shù)和智能儀表設(shè)備的廣泛應(yīng)用,雖然實(shí)現(xiàn)了雙氧水生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和雙氧水產(chǎn)品品質(zhì)的全流程監(jiān)管,但是距離裝置全流程全自動(dòng)化生產(chǎn)仍有一定差距,目前國(guó)內(nèi)已有化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙氧水生產(chǎn)無(wú)人工干預(yù)黑屏操作的全自動(dòng)化生產(chǎn)。未來(lái),隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),自動(dòng)化程度的不斷提高,化工生產(chǎn)過(guò)程智能化的推進(jìn)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。