S-80乳化劑生產線自動控制系統

2016-08-30 13:25:50陳友民段仁君2何建文

采礦技術 2016年4期

陳友民，段仁君2，何建文

（1.湖南南嶺化工集團有限責任公司，湖南雙牌縣 425202；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

S-80乳化劑生產線自動控制系統

陳友民1，段仁君2，何建文1

（1.湖南南嶺化工集團有限責任公司，湖南雙牌縣 425202；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012）

摘要：介紹了乳化劑生產過程控制系統的構成及具體實現。通過對乳化劑生產過程中的原料定量、真空度、溫度等工藝參數的自動控制，提高了乳化劑的產率和質量，實現了現場無人操作。

關鍵詞：S-80乳化劑；生產工藝；自動控制；組態軟件

0 引言

盡管在乳化炸藥中乳化劑占比僅為2%左右，但對提高乳化炸藥的乳化效果、儲存穩定性和爆炸性能起著非常重要的作用。根據國家民爆行業產業發展政策，乳化炸藥是今后主要發展方向。全國目前炸藥產能為400萬t左右，如果80%為乳化炸藥，需要乳化劑達6萬t左右，特別是南方，乳化炸藥需求量更大，因此乳化劑市場潛力很大。

湖南南嶺化工集團有限公司擁有一條年產750 t S-80乳化劑及500 t復合乳化劑的乳化劑生產線，產品主要銷往湖南南嶺民用爆破器材股份有限公司，部分銷往國內其他民爆企業，有較好的經濟效益和社會效益。但因設備陳舊，生產基本上處于手動狀態，存在產能低、產品質量穩定性較差、生產過程較難控制等問題，已不適應現代安全環保生產要求。公司于2014年對原有乳化劑生產線進行改造，擴建一條2000 t/d的S-80乳化劑生產線及一條1000 t/d復合乳化劑生產線。本次乳化劑生產線技術改造，不僅僅是擴大產能，而是要求在充分吸取國內先進生產技術工藝的基礎上，提高生產線自動化水平，提升產品質量，促進產品具有更好的適用性。

1 乳化劑生產工藝流程

S-80乳化劑是以山梨醇、油酸為原材料，在一定條件下進行酯化反應而得到的產物，具有較好的乳化、分散、滲透等特性。生產過程中先將定量的山梨醇脫水，通過真空系統將脫水山梨醇抽到脂化反應釜中與定量的油酸進行脂化反應，脂化反應過程中保持一定的真空度和溫度。

2 自動控制系統的結構

S-80乳化劑的生產條件要求較高，工藝較為復雜。為了提高乳化劑的產量、提高和穩定乳化劑質量，根據乳化劑生產的工藝要求，必須對乳化劑生產過程中的抽真空、山梨醇定量及脫水、油酸定量、脂化反應和出料等過程進行自動控制。

控制系統采用SIEMENS S7-300 PLC和工業控制機作為控制核心，通過可靠的傳感器和執行機構，實現了對乳化劑生產過程關鍵工序的自動控制。操作人員可以在控制室集中控制整個流程，系統具有自動和手動兩種控制方式，可實現無擾動切換，以保證系統工作的可靠性和平穩性?？刂葡到y采用開放的網絡體系結構，符合ISO的有關通信標準，方便系統擴充。

采用北京亞控公司的組態王軟件 Kingview 6.55，S7-300 PLC通過CP5611卡與工業控制機進行DP通信。

控制室是監視和控制生產過程的窗口，在控制室通過PLC和工業控制機顯示并記錄來自各控制單元的過程數據，將分散的過程信息集中起來，實現信息處理和操作集中化，完成系統控制功能和操作畫面組態；在生產中進行各種參數實時監控，生產過程工藝流程顯示，動態參數曲線顯示，報警及報表打印，完成各種工藝過程的高級控制，優化算法；配合視頻監控系統，實現現場設備控制室集中操控，現場實現無人值守，只設置巡檢人員，減輕工人勞動強度，達到減員增效的目的。S-80（含復合乳化劑）工藝控制流程如圖1所示。

圖1　S -80（含復合乳化劑）工藝控制流程

3 自動控制功能的實現

3.1真空度控制

真空系統主要由3臺水射泵、2臺清水泵和一個玻璃鋼冷卻塔及排空氣動閥、真空調節閥組成。系統對油酸儲罐、山梨醇儲罐、山梨醇脫水罐、酯化反應釜、山梨醇脫水集水器、真空緩沖罐、半成品儲罐、成品儲罐、復配罐等設備的真空度進行檢測，系統運行前啟動真空泵，通過相關氣動閥門的開啟/關閉及調節閥開度的調節，使生產過程中的真空度穩定在一定的范圍內。

3.2山梨醇、油酸的定量控制

該部分控制設備主要由稱重傳感器、質量流量計、壓力變送器、帶保溫夾套的氣動閥門等組成。通過在油酸儲罐、山梨醇儲罐安裝稱重控制系統，實現對出/入儲罐的物料重量進行計量；通過輸送泵和質量流量計，對油酸儲罐進入到山梨醇脫水罐及酯化反應釜的油酸進行高精度定量計量；通過輸送泵和質量流量計，對山梨醇儲罐進入到山梨醇脫水罐的山梨醇進行高精度定量計量；同時，為了對原料輸送泵和流量計進行過壓保護，在油酸（儲罐出口）輸送泵及山梨醇（儲罐出口）輸送泵的出口安裝壓力變送器。

3.3山梨醇的脫水控制

該部分控制設備主要由山梨醇脫水集水器、稱重傳感器、溫度傳感器、蒸汽氣動閥、排空氣動閥等組成。將泵送到山梨醇脫水罐的定量山梨醇加熱升溫，負壓下攪拌脫水，通過對蒸汽氣動閥門的開啟/關閉控制，將脫水溫度控制在100℃～120℃，待山梨醇脫水到設定重量時，自動打開山梨醇脫水儲罐排空氣動閥，脫水過程結束。

3.4脂化反應過程控制

脂化反應前，通過質量流量計和計量泵向脂化反應釜泵送定量的油酸，開始抽真空，通過真空系統負壓將脫水后的山梨醇抽到脂化反應釜，同時對脂化反應釜進行加熱和攪拌，開始脂化過程。在脂化反應過程中，必須對脂化溫度和真空度進行自動控制，對脂化過程中的液位高度進行自動監測。

脂化反應釜的溫度控制系統主要包括熱油泵、導熱油電加熱釜、放油閥及溫度傳感器，每個導熱油電加熱釜由18根電加熱器組成，每根電加熱器的功率為6 kW，220 VAC，將18根電加熱器分為6組，在脂化反應釜溫度低于150℃時，6組電熱器全部投入運行，當脂化反應釜溫度在150℃到160℃之間時，關閉1組加熱器，脂化反應釜溫度在160℃到170℃之間時，關閉2組加熱器，脂化反應釜溫度在170℃到180℃之間時，關閉3組加熱器，脂化反應釜溫度在180℃到200℃之間時，關閉4組加熱器，脂化反應釜溫度在200℃到210℃之間，關閉5組加熱器，脂化反應釜溫度在210℃以上，關閉所有加熱器，從而將酯化溫度控制在200℃～220℃。由于導熱油溫度高，導熱油放油閥必須采用硬密封結構的耐高溫氣動球閥。

脂化反應釜的真空度控制主要通過調節集水器上的真空調節閥開度來實現。該閥門采用不銹鋼V型電動調節閥，閥門開度特性為等百分比特性，在閥門小開度工作時不會產生啟跳，可以滿足小流量的調節，可調范圍大，調節速度快，能夠實現真空度的連續快速調節。

在脂化反應過程中，脂化反應釜處于高溫、負壓狀態，用電容式液位變送器或靜壓式液位變送器無法實現準確的液位測量。因此，選用耐高溫型的MicroTREK導波雷達物位計來實現對脂化反應釜的液位測量，導波雷達是依據時域反射原理為基礎的雷達物位計，電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當遇到被測介質表面時，部分脈沖被反射形成回波，并沿相同路徑返回到脈沖發射裝置，發射裝置與被測介質表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比。

當脂化反應釜的液位和真空度到一定值時，脂化反應將要結束。通過標定口人工取樣化驗，當酸值取樣化驗小于7時，視為反應終止。產品反應完成后脂化反應釜在真空狀況下，先通蒸汽經盤管降溫冷卻到一定溫度后，關蒸汽通自來水冷卻到一定溫度，經高速離心機過濾，產品抽到儲罐儲存成品裝桶或用于復配復合乳化劑。

3.5關鍵工序的視頻監控

采用網絡化的視頻監控系統，乳化劑生產車間內共設計14個200萬像素海康威視的高清紅外固定式攝像機和4個?？低旸S-2AF高清紅外智能球機，實現對乳化劑生產車間全方位監視和廠房內全貌監視。硬盤錄像機采用?？低?2回路DS8632N-ST高清網絡硬盤錄像機，配置32T硬盤，保證錄像存儲時間一個月以上。所有的監控畫面通過一個65寸的高清彩色電視監視器進行實時顯示，圖2為視頻監控系統硬件拓撲圖。