ECS-700系統在聚酯生產中的應用

姚士英

(中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

ECS-700系統在聚酯生產中的應用

姚士英

(中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

通過分析聚酯生產的方法及工藝流程，根據聚酯切片生產的技術要求及裝置原有分散控制系統(DCS)的應用現狀，介紹了ECS-700 DCS系統的總體設計方案和配置，最終實現了ECS-700 DCS系統在聚酯切片生產過程中的應用。

聚酯 分散控制系統 控制方案

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)聚酯裝置生產能力為100 kt/a，主要產品為聚酯專用料切片，包括超有光切片和膜級切片。該裝置是20世紀80年代從美國進口的整套設備，在正常運行20多年后，原有的分散控制系統(DCS)出現故障率逐漸增加的情況，同時由于該控制系統年代較久遠，相關設備的備件價格高且不容易購買，存在系統可靠性降低等問題。上海石化經過對國內外的控制系統綜合比較后，決定將原有DCS控制系統進行整改，換用浙江中控技術股份有限公司(以下簡稱浙江中控)最新研發的ECS-700控制系統。

1 聚酯主要工藝流程

上海石化聚酯裝置包括漿料配制工序、第一酯化工序、第二酯化及工藝塔工序、第一縮聚工序、第二縮聚工序、輸送工序。主要工藝流程見圖1。

圖1 聚酯生產工藝流程

裝置以精對苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，采用直接酯化連續縮聚工藝生產聚酯專用料切片。PTA通過一條輸送能力為30 t/h的輸送線從大料倉送到日料倉，新鮮EG用泵通過管線從罐區送入本裝置。裝置主流程共設置5個反應器，其中2個立式酯化反應器，2個預縮聚反應器，1個后縮聚反應器，2個酯化反應器共用1個分離EG和水的工藝塔。第一預縮聚反應器為立式槽，不設攪拌裝置，用液環真空泵產生真空，第二預縮聚反應器和終縮聚反應器為圓盤式，2個反應器共用1套四級EG蒸汽噴射泵系統。每個縮聚反應器與其配套附屬的真空設備間設刮板冷凝器，第二預縮聚反應器和終縮聚反應器之后分別設有熔體過濾器。切片生產使用水下切粒機，用氣力輸送方式將切片輸送至成品倉。

2 ECS-700控制系統在聚酯裝置上的應用

2.1 ECS-700控制系統簡介

ECS-700系統是浙江中控WebField系列控制系統之一，是致力于幫助用戶實現企業自動化的大型高端控制系統。系統支持16個控制域和16個操作域，每個控制域支持60個控制站，每個操作域支持60個操作站，單域支持位號數量為65 000點。

ECS-700系統按照可靠性原則進行設計，能充分保證系統安全可靠。系統所有部件支持冗余，在任何單一部件故障情況下系統仍能正常工作。同時ECS-700系統具備故障安全功能，輸入/輸出(I/O)模塊在網絡故障的情況下，能自動進入預設的安全狀態，可以有效保證人員、工藝系統或設備的安全。

另外，ECS-700系統作為大規模聯合控制系統，具備完善的工程管理功能，包括多工程師協同工作、組態完整性管理、在線單點組態下載、組態和操作權限管理等，并提供相關操作記錄的歷史追溯。ECS-700系統融合了最新的現場總線技術和網絡技術，支持PROFIBUS、MODBUS、FF、HART等國際標準現場總線的接入和多種異構系統的綜合集成。ECS-700系統整體結構如圖2所示。

圖2 ECS-700系統整體結構示意

上海石化聚酯裝置DCS改造項目共設置5個操作站、2個工程師站、2個控制站和一套冗余過程控制網絡。除切粒輸送系統通過浙江中控的COM722通訊模塊與DCS系統通訊外，其余設備均由DCS自動控制，控制回路132個，涵蓋常規PID單回路控制、串級控制、分程控制、比例控制。聯鎖控制共計45個，在聯鎖切除/投用和聯鎖值設定方面比原系統更加簡單和直觀，只要權限允許，在工藝聯鎖畫面用鼠標打開對話框即可操作。聚酯裝置現場電氣儀表I/O監測點共計2 800 個(包括備用點在內)，類型包括控制器FCU711-S、I/O連接模塊COM711-S、PROFIBUS主站通信模塊COM722-S、模擬信號輸入模塊AI711-S、熱電阻信號輸入模塊AI731-S、模擬信號輸出模塊AO711-S、數字信號輸入模塊DI711-S以及數字信號輸出模塊DO711-S，其中AI模塊576個，AO模塊440個，DI模塊1 040個，DO模塊544個，全部I/O信號模塊通過通訊電纜連接并實現聚酯裝置的自動控制。

2.2 主要控制方案設計與實施[1]

2.2.1 漿料調制控制

PTA粉料經旋轉給料器定量送出，通過振動篩把粉料中夾帶的異物除去，以防損壞稱量裝置。PTA稱量裝置是一臺質量流量計，對PTA粉料作連續計量加入到調配槽，用PTA的進料量調節EG的加入量和催化劑加入量，以保證穩定的漿料配比。

漿料調制過程：PTA供應槽和EG供應槽向漿料調制槽連續注料，同時使用部分酯化釜回流EG注入。符合要求密度的漿料由泵送到漿料供應槽，供酯化流程使用。

物質的量比控制方案：漿料調制槽的PTA注入量由回轉閥轉速決定，EG的注入量是EG供應槽流量和酯化回流流量的總和?？刂莆镔|的量比的目的是控制漿料槽的出口物料密度，密度控制模塊為主回路，物質的量比控制模塊為副回路，EG流量控制模塊為下級副回路?？刂芇TA和EG的注入量，即可控制漿料中各組分物質的量比。在此，PTA注入量變化較小，回轉閥轉速由電氣變頻直接控制，DCS主要控制EG的注入閥來達到控制物料物質的量比和密度的目的。而物質的量比的穩定有助于提高酯化質量，減少副產物的產生。

2.2.2 數據的平滑處理

帶有攪拌器的反應器，因為攪拌器的運行引起液位的波動，使得液位的實時測量值波動也非常大，如果不經平滑處理直接作為控制回路的輸入，則會引起調節閥門頻繁動作，使得閥門的使用壽命大大減少，所以在本項目中需要對帶有攪拌器的反應器的液位值進行平滑處理。以R04.1反應器液位為例(見圖3)，經過平滑處理的液位值相對未經平滑處理的液位實時測量值有了明顯的改善。

圖3 調整前后液位走勢

2.2.3 第二預縮反應器黏度與電流變化率控制

來自上一工段的預聚物自流進入第二預縮聚反應器，操作壓力是其最重要的控制參數，用安裝在出料管路上黏度計的測量值或攪拌器電流值的變化率(電流值的變化率可以間接的反應黏度)調節壓力控制值，通過調節第三級噴射泵平衡蒸汽管線控制閥的開度來調節反應器的操作壓力。

2.2.4 后縮聚反應器大林黏度控制

后縮聚反應器中操作壓力的變化對改變特性黏度最敏感，因此是最重要的控制參數，在控制中用反應器出口特性黏度的測量值和圓盤轉子轉動電流來調節操作壓力的控制值。另一個重要參數是料位，在反應器進、出料側各設置一個料位計，通過兩個料位的數據來調節輸送泵的出料量以及物料的停留時間。該控制對象是純滯后對象，使用大林算法來控制，大林算法是由美國IBM公司的大林(Dahllin)于1968年針對工業生產過程中含純滯后的控制對象的控制算法。該算法的設計目標是設計一個合適的控制算法，使整個系統的閉環傳遞函數為帶有原純滯后時間的一階慣性環節，且滯后時間與被控對象的滯后時間相同。此算法具有消除余差、對純滯后有補償作用等特點。

2.2.5 第三方設備的接入

現在的控制系統基于安全性、復雜性和先進性，會采用很多第三方系統，并要求DCS系統與這些第三方系統進行可靠通信。ECS-700系統通過配套的COM722通信模塊與切粒輸送部分的PLC控制系統進行互聯，使得操作員在控制室內就可以控制切粒輸送設備，并可以獲得切粒輸送設備的數據。PROFIBUS主站通信模塊COM722作為一個PROFIBUS-DP主站接口，用于將標準PROFIBUS-DP從站設備接入ECS-700系統，也可以通過西門子耦合器和鏈接器接入PROFIBUS-PA設備，COM722-S作為PROFIBUS-DP系統的主站，和標準PROFIBUS-DP從站通訊，比特率187.5～1 500 kpbs。

3 結束語

聚酯生產裝置的正常生產對控制系統、聯鎖系統的要求較為嚴格。浙大中控的ECS-700控制系統在該項目中充分發揮了其先進性，在程序量比較大的條件制約下，控制器處理速度及存儲容量的提高滿足了復雜的運算及程序執行的要求，已經能夠滿足生產各種需要。該套系統實現了生產管理網對現場數據的獲取，以及通過OPC瀏覽生產現場實時數據等功能，滿足了生產監視、程序控制、操作畫面、參數報警、資料記錄及趨勢等項的功能要求，運行安全可靠。國產化DCS系統在生產中的更多應用使得項目改造成本不斷降低，而且操作方法易學易會，工藝流程一目了然，完善的人機交互給運行人員帶來了全新的操控體驗。

[1] 王再英，劉淮霞．過程控制系統與儀表[M]．北京：機械工業出版社，2006.

從丹化科技年報看煤制乙二醇真實成本

2015年3月4日，丹化化工科技股份有限公司(以下簡稱丹化科技)發布2014年年度報告，2014年公司實現營業收入10.27億元，同比增長38%，實現凈利潤1 743萬元，同比扭虧為盈。丹化科技稱，公司主要由控股子公司通遼金煤化工有限公司(以下簡稱通遼金煤)開展生產經營活動，產品有3種：乙二醇、乙酸和催化劑。

年報數據顯示，2014年通遼金煤共生產乙二醇126.6 kt，乙二醇總成本5.37億元，亞化咨詢據此計算通遼金煤2014年乙二醇生產成本為4 242元/t(含原材料、人工工資、能源、折舊和其他)，相比2013年大幅下降1 817元/t。研究表明，成本的降低主要歸功于開工率的提升帶來的每噸產品分攤折舊、人工和原料消耗的降低。

年報披露，2014上半年通遼金煤的生產經營狀況仍存在起伏，平均生產負荷約為64%。在6月的停車檢修后，生產負荷和產品質量均得到明顯提升，全年共生產乙二醇126.6 kt、乙酸52.2 kt，年平均負荷約76%，其中下半年平均負荷約89%。

2014年丹化科技共銷售乙二醇128.3 kt，乙二醇營業收入6.66億元，據此計算乙二醇銷售單價為5 189元/t(不含附加稅)，毛利率達17.7%。年報還顯示，2014年丹化科技乙酸和催化劑分別實現1.95億元和1.35億元的銷售收入，毛利率分別為50.3%和46.1%。

亞化咨詢根據年報數據繪制了丹化科技銷售收入的區域分布圖。從分布圖中可以看出，華東和華南地區共占丹化科技總銷售來源的68.5%。2011年以來，華北等地稀土冶煉企業對于稀土分離及提純的工藝整合，使乙酸市場出現供不應求的局面。再接合年報披露的，2014年前5名客戶銷售額5.36億元，占年度銷售總額的52.3%。據此推測通遼金煤乙酸主要銷往華北地區用于稀土冶煉，催化劑主要銷往河南永金、而乙二醇主要銷往華東和華南地區，并且已經大規模應用于聚酯生產。

2009—2015年中國華東地區乙二醇價格大部分時間高于7 000元/t(含附加稅)。因此可以認為，當國際油價處于合理區間，煤制乙二醇的確具有良好的利潤空間。

2015年度通遼金煤的首要任務是繼續本著“安全、穩定、連續、高產、優質”的生產方針，爭取實現全年平均生產負荷達到設計產能的85%以上，年產銷乙二醇145 kt、乙酸55 kt，優等品產出率穩定在98%以上。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Application of ECS-700 System in Production of Polyester

Yao Shiying

(PolyesterDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

Based on analysis of the production methods and process of polyester, in view of the technological requirements of polyester clips production and the application situation of original distribution control system (DCS) of the plant, the overall design scheme and configuration of ECS-700 DCS system were introduced, which were successfully applied in production process of polyester clips.

polyester, DCS, control scheme

2015-01-26。

姚士英，女，1966年出生，1989年7月畢業于西北大學數學系數學專業，理學學士學位，工程師，從事計算機運行工作。

1674-1099 (2015)02-0047-04

TP273

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