自動化控制系統在電石生產中的應用

殷禮濱,周紅燕

1.新疆天能化工(電石)有限責任公司，新疆 石河子 832000

2.新疆石河子中發化工有限責任公司，新疆 石河子 832000

0 引言

我國電石主要用于生產乙炔，然后進一步用于生產聚氯乙烯（PVC）、醋酸乙烯等等化工產品。隨著行業的發展，電石生產工藝因其生產的特殊性及其在安全生產方面的風險性。其生產裝置迅速向大型化方向發展，其優勢如穩定安全生產、提高生產效率、降低勞動力成本等等，生產設施的大型化要求設備之間具有更好的協調性，從而避免因停機停產所帶來更大的損失。[1]計算機技術的發展和應用，自動控制理論和技術在現代化大中型工業中高新技術領域的應用也愈來愈深入。如何將自動控制系統在現代化化工企業中安全、穩定、合理地應用，提高生產效率，從而促進大型化工行業的自動控制系統的建設和發展，已經成為自動化生產控制中的首要問題。我公司電石生產能力較大，配套自動化控制系統為功能強大的DCS集散控制系統。自投運以來，此套DCS集散控制系統有效地改善了電石生產工藝的自動化操作水平，運行效率高，不僅使產品產量得以提高，而且有利于安全、穩定的生產，大大改善了操作環境及強度。從而取得了可觀的經濟效益和社會效益。

1 工藝過程

電石爐的簡單工藝流程大致為:首先把符合電石生產需要的兩種主要基本原料:將檢定合格的石灰和焦碳，按規定爐料的混合配比經計量配料，均分后經過下料管向電石爐內加料。爐料在電爐內經過電極電弧和爐料的電阻熱反應一定時后生成電石[2]。

2 控制方案

氧化鈣和碳素材料憑借電弧熱和電阻熱在1800℃～2200℃的高溫下反應而生成碳化鈣，電石爐是獲得高溫的最好設備，能量非常集中。碳化鈣的生成反應為一吸熱反應，為完成此反應必須供給大量的熱能，從而消耗大量的電能。實際上，工業電石爐生產1t電石所消耗的電能遠遠超過了理論計算所得的數值，一般地生產1t電石的電耗電損失主要有以下幾個方面:電石爐中有許多副反應存在，且大部分副反應都要消耗熱量；電石爐氣和被爐氣帶走的粉塵及出爐電石所帶走的電熱部分也較大；消耗在電爐變壓器、短網、電極的熱以及通過爐體熱損失的部分電損等。因此電流、電壓及電阻的控制相當關鍵。為了使電石爐處于最佳運行狀態，除出爐系統需人工操作外，其他所有系統都由計算機自動化控制，如:配料、上料、加料、電極壓放、功率調節、爐壓控制、變壓器及料位系統的監控報警、冷卻水、煙氣凈化控制報警等等。

2.1 常規控制

由于計算機控制是一種采樣控制，它依據計算機性能進行實時采樣的簡單控制、數字PID控制器的采樣偏差控制等對現場數據采集進行中控控制。在電石生產中，電石爐是否能夠達到高產、優質、低消耗，關鍵取決于電石爐的功率因數，電流、電壓、電阻等，以前常規操作的一些控制，可解決操作人員勞動強度的問題。

常規控制方案的實施中包括設置操作便捷畫面及管理畫面、設置周密的安全防范權限、報警功能、趨勢與報表功能良好的開發及擴展功能，如依據電石爐的生產工藝可分為四大操作畫面:配料系統、電極控制系統、液壓系統、爐氣凈化系統。操作極為方便，能夠滿足操作人員的需求，并且保證了安全生產。

2.2 復雜控制

在電石生產中，因爐料質量較差，會導致料面燒結，透氣性不好，產生紅料層和熔洞，結果出現爐蓋溫度偏高，進而導致爐蓋和電極零部件的燒損，停爐次數增多，設備利用率低。電極壓放系統故障多，導致電極折斷事故多。操作困難，爐壓不穩，負荷波動大。電極很難深入料層內，生產效果差。對電極的控制非常關鍵。因此電極的壓放及升降控制是一非常復雜的控制。除此，電石爐系統控制中還有許多聯鎖控制。如凈化系統聯鎖風機的啟停控制中關于風機啟停的聯鎖控制；凈氣排氣閥與供氣閥的聯鎖控制等等。

3 運行效果

新疆天能化工（電石）有限責任公司電石生產裝置配套的自動化控制系統，運行穩定，安全可靠。使電石爐操作便捷化、數據化、直觀化。充分運用自動化控制系統的優勢，在操作界面上將電石爐相關設施的關鍵工藝參數及控制參數以極其明晰的方式表現出來，且以不同的圖形界面及色彩式樣進行區分，實時更新、實時操作及分析。

同時，電石爐的電極操作是極為重要的操作控制。在電石爐采集趨勢調用的基礎上，具有強大的操作分析要求，為解決電極長度及其自動升降與壓放操作控制難題，對控制系統內部根據電極長度、位置與距離（電極端頭至爐底）、現場負荷等參數進行全系統分析，以求電石爐達到運行與操作最優化。

其次，可依據控制系統自帶的系統組態、趨勢曲線及參數計算分析功能，對電石爐現場采集的各種所需儀電和工藝狀態變量數據進行變量定義、實時采集、動態分析等。綜合且預見性地分析了電石爐全部變量參數，為操作人員提請更詳細的參考技術及數據預知依據；

最后，在此套控制系統中，操作電阻因其工藝的特殊性，也被列入自動優選參數內，且全部裝置處于負荷較大的運行狀態，為使其更加穩定，同時為使操作電阻達到與工藝的最佳匹配狀態，避免因爐況現狀的波動而進行頻繁調整，此套自動控制系統在生產正常穩定的情況下完善了各種復雜化操作控制，使電石爐的各項控制方案及指標均領先于同行業水平。

4 結論

此套電石裝置配套自動化控制系統投入運行后，生產非常穩定，自動化控制程度較高，提高了電石生產裝置的總體性能，控制功能得到完善和提升，運行效率高，質量穩定，節約了原輔材料。并且使操作員工脫離了現場粉塵、氣體等惡劣的工作環境，勞動強度也大大降低。也使生產工藝更加合理，其控制精度亦可滿足工藝需求，避免了各種環境污染，具有良好的經濟效益和社會效益[3]。

[1]劉金龍.PLC 控制系統在化工自動化系統中應用[J].信息技術，2011(20).

[2]劉東.電石爐的生產工藝及其關鍵設備分析[J].科技信息，2010(35).

[3]劉月菊,宋陽.DCS控制系統在轉化精餾系統中投運總結[J].聚氯乙烯，2005(3).