異戊橡膠配劑系統控制方案的實現

周世軍 王新強(中國石油獨山子石化公司，新疆 獨山子 833699)

異戊橡膠配劑系統控制方案的實現

周世軍 王新強(中國石油獨山子石化公司，新疆 獨山子 833699)

介紹異戊橡膠裝置配劑方案儀表配套設計以及自控方案在CS VP及TRICONEX設計與應用，根據不同自控設計配置方案，比較方案各種利弊，并提出優化的儀表設計方案。

配劑;事故安全;操作站;流量累積;模塊

1 異戊橡膠裝置工藝流程概述

采用稀土催化劑，連續溶液生成聚異戊二烯橡膠產品。單體異戊二烯與催化劑溶解在脂肪烴、脂環烴、芳烴或混合溶劑中，經過聚合反應釜生成的高分子橡膠溶解在溶劑中，形成膠液，送入汽提單元。通過汽提蒸汽及攪拌作用下，膠液分散成小顆粒，經過氣相分離，生成的固體膠粒懸浮在熱水中。送入后處理單元，完成振動脫水、洗膠、擠壓脫水、膨脹干燥、熱風干燥、壓塊成型、產品包裝等等全過程。其中工藝生產線有：一條催化制備生產線、一條單體精制生產線、兩條聚合生產線、兩條汽提生產線、兩條后處理生產線、一條溶劑回收生產線。

2 異戊橡膠裝置配劑控制流程

異戊橡膠在催化劑單元，聚合單元，汽提單元都存在配劑工藝。

配劑組分通過氮氣壓或是動力泵將配劑組分注入在配劑罐內，在罐為攪拌混合配劑，完成工藝設定濃度配置。配劑組分支線上設有流量控制閥，當流量累積設定達到累積設定值時，聯鎖切斷配劑組分支線上切斷閥。

催化單元配劑主要為為聚合單元提供合格的聚合催化劑。配劑主要包括：1、甲苯收料工藝配劑，2、16%TIBA溶液配制，3、16%DIBAH溶液配制 4、3%TIBA溶液配制。5、2%DIBAH溶液配制6、漿狀NCS溶液配制,7間戊二烯精制KOH催化劑中溶劑量環己酮丁醇配制。8、廢合成催化劑處理稀硫酸配制，加入10%硫酸同廢催化劑反應，以使催化劑失活處于安全狀態。

聚合反應末釜出口膠液中注入抗氧劑，防止橡膠氧化。主要配劑有抗氧劑配制。

汽提單元主要是配制含有Ca++離子的分散劑，分散劑可防止膠粒互相粘連，達到較好的汽提效果。1、消泡劑配制2、硬脂酸鈣配制 3、分散劑配制罐配制4、PH調節劑配制5、氫氧化鉀溶液稀釋劑配制。

3 異戊橡膠裝置配劑方案儀表設計總體方案

根據橡膠流程特點儀表設計從儀表選型及回路設計，聯鎖邏輯，操作站設計，需要全面考慮。

儀表選型：例如:催化劑配置單元從工藝介質特性及工藝要求精度較高，儀表選型多采用精度較高（精度等級0.5）的質量流量計作為配劑計量，以滿足工藝配劑劑量控制要求，汽提單元配劑相對較為寬松，故儀表選型考慮工藝介質特性及性價比，選擇渦街流量（計精度等級0.75）即可滿足工藝要求。再者根據介質特性需選擇適合工況的流量計，如廢合成催化劑處理中稀硫酸劑量的劑量采用測量管及浮子材質的金屬浮子流量計進行質量測量。儀表選型是儀表工作可靠，工藝控制前提條件。

回路設計：橡膠裝置可根據SIL安全等級劃分，設計DCS和SIS系統，催化劑配置影響橡膠在聚合反應聚合率及產品性能指標，催化劑配置不合格，影響后續聚合反應：聚合在一定壓力和溫度下進行反應，反應過程的化學品種類多，反應溫度要求控制低溫。一旦失誤即可造成事故。如反應溫度超過正常控制指標有可能發生爆聚“坨釜”現象。所以催化劑配置影響產品是否達標，嚴重的安全高效生產重要因素。在橡膠催化劑配制單元自控多采用SIL等級較高的SIS系統做為工藝控制系統。嚴格執行SIL等級劃分，在自控回路環節盡可能減少中間環節，選擇故障率較低的可靠地儀表元器件，保證安全等級。對于配劑流量既參與聯鎖又參與DCS調節的，可在回路中設計信號分配器，實現將配劑流量引入DCS，SIS系統中。對于工藝控制指標較為要求不嚴的配劑操作可采用DCS系統完成工藝配劑。如：汽提單元配劑可采用DCS系統設計聯鎖。可減少回路元器件及系統I/O通道，節省投資。從較少投資上也可將聯鎖切斷閥閥回訊引入DCS系統，即可完成切斷閥位狀態監測以及事故分析功能(系統應設計時鐘同步)。因此自控設計應充分考慮工藝控制需求，安全等級，性價比上選擇適宜的控制系統。

根據項目情況可設置SIS操作站也可以不設置SIS操作站，無操作站可省去相應投資，配劑操作可在DCS上實現。方便操作人員集中，高效操作，同時無操作站，增加了DCS與SIS系統直接往來信號。系統方案設置時應從，安全性，操作習慣，投資綜合考慮。

4 異戊橡膠裝置配劑方案特點

以催化單元16%TIBA溶液配制為例，說明其配劑特點。

工藝配劑流程系簡述：原料甲苯經過干燥處理后與用氮氣壓進純三異丁基鋁，進入配劑罐進行配制16%的三異丁基鋁甲苯溶液。再與其它配制的催化劑進行合成，合成后的催化劑合格后，經過換熱等工藝處理之后經計量泵送至聚合反應單元的聚合生產線。

工藝配劑聯鎖邏輯關系簡述：配劑量甲苯與純三異丁基鋁支線上設有遠傳流量及控制閥、切斷閥，配劑罐上設有遠傳液位顯示，當甲苯與純三異丁基鋁流量累積量值達到工藝設定流量累積值時，聯鎖關閉切斷閥，當流量累積聯鎖失效時（流量累積有誤），配劑罐液位高高聯鎖關閉配劑流量切斷閥。

異戊橡膠配劑聯鎖邏輯與其他工藝裝置邏輯不同，控制配劑量是一顯著特點，因此多在配劑罐進料累積量進行控制，其它工藝裝置多以瞬時量作控制。

5 異戊橡膠裝置配劑方案在CS VP及TRICON?EX系統實現

異戊橡膠配劑聯鎖邏輯控制根據SIL等級劃分，部分設計在DCS，部分設計在SIS系統，該裝置DCS采用CS VP系統，SIS系統采用TRICONEX系統，分別介紹在各個系統配劑方案實現：

利用CS VP系統內部模塊：邏輯模塊LC64，關系模塊RL,開關閥模塊SIO,擴展型5按鈕開關塊PBS5C，計算模塊CALC模塊實現可實現控制方案。

其中流量累積量個利用PID模塊中SUM參數提取，無須其他組態。RL模塊利用較為靈活，可以做多組做數據間的大小關系比較或者邏輯關系表達。利用CALC程序模塊設計實現流量復位。根據故障安全設計原則，開關閥模塊SIO須進行必要的設置保證故障安全性。

TRICONEX配劑聯鎖實現

利用系統內部流量累積模塊：F_AC01_02：該模塊設有復位端及輔助端，功能較為靈活，無須搭建其它模塊，與其系統內部模塊AI2H模塊：模擬量處理模塊（帶2個高報警值）再利用與或非門,比較器，RS觸發器；模塊組合及可實現配劑聯鎖方案。

比較CS VP系統與TRICONEX系統內實現聯鎖配劑方案，邏輯組態基本模塊系統內部比較豐富，實現功能想相同。TRI?CONEX系統邏輯較多采用FBD功能塊組態方式，模塊設計完全依照故障安全性設計，無須作作模塊轉化，CS VP軟件內部模塊參數較多，邏輯設計需要引用相應的參數，利用模塊較多，在設計故障性邏輯時需要一些必要的模塊參數設置，同時要注意模塊初始化操作。邏輯實現方式也可多種多樣，較為靈活豐富。再者CS VP能實現邏輯聯鎖與控制相結合，實現更為的復雜的控制與聯鎖。

6 結語

石油化工裝置設計中，控制、聯鎖是儀表設計中重要一環，控制及聯鎖設計關系到工藝正常生產，事故，安全，經濟效益等。設計應考慮控制，聯鎖方案各個環節：工藝流程特性，儀表選型，控制，聯鎖方案，系統配置等方方面面。設計中應嚴格執行行業標準，優化設計方案。

[1《]化工自控設計規定》國家石油化工出版.

[2]陸德民《石油化工自動控制設計手冊》北京:化學工業出版社,2007.

[3]邵裕森《自動控制系統(工業生產過程自動控制系統)》北京:中央廣播電視大學出版社,1998.

[4]朱麟章《過程控制系統及設計》北京:機械工業出版社,1996.

[5]王鎮安《化工工藝設計手冊》 北京:化學工業出版社,2003.

周世軍（1979-），男，大學本科，從事石油化工儀表維護管理工作。

王新強（1979-），男，大學本科，從事石油化工儀表維護管理工作。