流量自控系統在化工生產中的應用

安 濤

（山東瑞康安全評價有限公司，山東 日照276808）

在化工生產中，反應釜內化學反應進程劇烈與否宏觀反映到溫度、壓力等參數上。如果反應太過劇烈極易造成釜內溫度、壓力驟升而爆釜，釀成嚴重后果。保持參加化學反應的各物料按特定比例勻速進入反應釜，實現化學反應平穩進行，是保證安全生產、提高產品質量的最有效的措施之一。

圖1 控制系統原理圖

1 羧基丁苯膠乳生產工藝簡介

苯乙烯、 丁二烯在丙烯酸，Na2SO3，H2S,氨水等引發作用下，在聚合釜內發生聚合反應生成羧基丁苯膠乳。化學反應式如下：

該化學反應是在密閉容器內特定溫度下的放熱反應。隨著化學反應的進行及釜內物料的增多，反應釜內的壓力不斷增大，溫度不斷升高。如果單位時間內進的物料過多,化學反應進行的就比較劇烈，短時間內釋放的熱量就比較多，溫度就很難控制，容易引起爆聚，物料報廢，對設備和人員安全也造成很大威脅；如果進量過小或比例不一致則會導致羧基丁苯膠乳性能發生改變，膠乳的牌號質量也就很難得到保證，同時會導致物料反應不徹底，產率下降。

山東金馬化工有限公司羧基丁苯膠乳生產中原來采用人工控制截止閥開度大小的方法盡量保持勻速進料，但由于進料后隨著放熱反應的進行，熱量來不及散發出去，釜內溫度急速升高，壓力波動較大，很難對其實現良好有效的控制。原工藝對熟練工人的依賴程度很大，新工人能獨立操作大約需兩年左右的時間，而且副反應較多，影響產品質量或甚至物料報廢，造成損失。針對這種情況我們設計了一套流量自動控制系統以實現對物料進料速度的控制，達到勻速進料平穩反應的目的。

流量數字調節自動控制系統 （the digital regulation and automatic control system of flux），山東金馬化工有限公司羧基丁苯膠乳生產工藝中對主要原料苯乙烯、丁二烯的進料速度的控制采用的就是這套控制系統。控制系統原理圖如圖1。

2 控制系統介紹

流量自動控制系統是通過對被控參數進行控制并自動分析，再按已定控制規律向執行機構發出相應的控制信號，由執行機構完成控制動作的過程。控制系統基本框圖如圖2。

2.1 測量及變送單元

因所測介質丁二烯有沸點低、密度受壓力影響變化大的特點，我們選用美國Rosemount公司生產的8800C型質量流量計。該流量計能同時測量物料的瞬時流量、壓力、溫度、密度等參數。它采用光電感應控制調整被測參數，例如可以根據實際需要調整任一參數的量程、零點及顯示方式等，測量精度很高。它還可同時輸出多通道4～20mADC標準化信號，具有RS232標準通信接口，可與上位機相聯組成更高級的自動化控制系統。

2.2 執行機構

我們采用上海自動化儀表七廠的35-35222型氣動調節閥作為執行機構。該閥帶有電氣閥門定位器，能利用負反饋原理改善調節閥的定位特性，使調節閥按控制信號更加準確定位，控制精度達0.1%。根據我廠的生產工藝特點我們選用氣開式對數流量特性。該調節閥小開度信號時Kv系數小控制平穩，調節閥大開度信號時Kv系數大控制較快。系統斷電時閥門自動關閉。

圖2 控制系統基本框圖

2.3 控制器及參數整定

控制器采用天津藍深科技有限公司生產的LS-3型儀表。該表屬于通用型儀表，采用先進的微處理器進行智能控制，輸入/輸出回路間完全光電隔離，具有很好的抗干擾能力。該儀表可根據控制器的比例度P、積分時間Ti、微分時間Td的具體數值自動演算出最佳的輸出控制信號，輸入輸出信號均為4～20mADC標準信號。控制器我們采用負作用的控制方式。

LS-3型儀表具有手動、自動兩種工作方式。兩種工作方式完全實現無擾動切換。具體操作如下：

（1）檢查氣路、電路系統是否連接可靠

（2）按SET鍵進入參數設定狀態，有關參數設定如表1：

表1 一級參數整定參考值

（3）控制目標SV的設定

按SET鍵5s后進入一級參數設定，按DISP鍵可上下翻動查看各參數設定值。在所需參數顯示后可通過▲鍵或▼鍵改變參數大小；通過SET鍵改變小數點位數。SV設定后，可按SET 3s后鎖存。

（4）二級參數設定

在儀表一級參數設定狀態下，按DISP鍵顯示CLK時，通過▲鍵或▼鍵使CLK=111111，3s后儀表自動進入二級參數設定狀態。參數設定可通過DISP查看類型，▲鍵或▼鍵改變大小，SET鍵改變小數點位數，二級參數修改完畢后按SET鍵5s鎖存，儀表自動回到測量狀態。根據生產實際需要我廠的二級參數整定如表2。

表2 二級參數整定參考值

（5）儀表手動和自動切換

按H/A鍵可實現手動或自動控制。自動控制狀態下，手操器操作失效，儀表完全按已輸入整定后的參數自動運行。根據我廠的實際使用情況來看，綜合誤差低于1%，完全達到使用要求。

2.4 流量自動控制系統操作步驟

（1）根據工藝要求設定合理的參數；

（2）檢查控制系統的電路、氣路是否連接正常；

（3）檢查整個進料系統管路、各設備是否處在待工作狀態；

（4）開啟苯乙烯或丁二烯上料泵（或氮氣加壓閥）；

（5）觀察流量實際測量值。實測流量在設定值附近波動，控制精度可達0.5%；

（6）進料完畢后，儀表斷電調節閥自動關閉。

3 結束語

流量自動控制系統經過多年的實際生產檢驗，控制目標滿足了生產工藝的要求，使用至今系統仍然運行穩定，大大降低了工人的勞動強度，生產效率、產率和質量都得到了明顯的提高,沒發生過爆釜和物料報廢事故。經化驗測定，成品一次合格率100%，膠乳固含量也由改造前的46%達到了現在的47%，每年為公司增加效益約27萬元。

注釋：

①該系統的設計改造項目曾獲得山東省日照市2003-2004年度優秀創新成果獎.