對水膠中和遠程控制技術改造的探討

謝懷坤

摘 要：作為重要的工業炸藥，水膠炸藥以較好的物化性能與爆炸性能得到了廣泛使用。但在水膠生產的過程中，甲胺與硝酸的中和工序具有一定的危險性，需要實現“無人化”自動控制生產。基于這種情況，本文以青海海西東諾化工有限公司的水膠生產線技術改造項目為例，對水膠中和遠程控制技術改造問題進行了探討，并提出了中和工序的改進措施。

關鍵詞：水膠中和；遠程控制；技術改造

中圖分類號：R64 文獻標識碼：A

在水膠生產線上，中和工序是至關重要的環節，會產生大量的熱。而使用的硝酸與甲胺原料分別為強酸和強堿，中和得到的產物對溫度比較敏感，在高溫環境中具有一定的危險性。為增強水膠生產的安全性，生產水膠的很多化工企業紛紛開始使用電氣技術實現生產控制。而實現對水膠生產線的遠程控制，則能使操作人員遠離生產線實現中和工序的操作控制，進而使水膠生產安全性得到進一步提高。

1.項目概況

青海海西東諾化工有限公司是一家從事水膠生產的化工企業，生產的水膠產品擁有優良的性能，并深受用戶歡迎。目前，該公司水膠生產線主要采用硝酸與甲胺進行水膠生產，制造工藝主要包含中和、濃縮、溶解、混合4個部分，生產出的水膠炸藥形似果凍。在水膠生產過程控制方面，該公司已經實現了電氣化生產，分別在“中和濃縮”和“溶解混合”兩道工序上完成的PLC站點設置，從而利用控制系統實現水膠生產過程的控制。此外，公司也在現場完成了防爆操作箱的設置，并安排專人進行現場控制。所以在水膠中和生產過程中，需要依靠人為現場操作（2～3人）實現生產過程控制。但是，硝酸和甲胺在中和過程中將釋放大量熱，容易引發火災，僅依靠人工控制難以實現現場意外的及時處理，所以很容易給現場控制人員帶來傷害。因此，還需要實現中和環節的自動控制，以實現水膠生產的“無人化”操作，進而在盡可能減少生產事故發生的同時，為生產操作人員提供保護。針對這一情況，青海海西東諾化工有限公司決定進行水膠中和工序的技術改造目，以實現中和工房的遠程操作控制、監控，繼而滿足工序零操作人員的要求。

2.水膠中和遠程控制技術改造

2.1 水膠中和工藝

在水膠炸藥生產的過程中，中和工序是重要關節。從工藝原理上來看，就是使甲胺與濃硝酸反應，從而獲得硝酸甲胺。而作為炸藥組分中主要的敏化劑，硝酸甲胺也是一種炸藥。在甲胺與硝酸反應的過程中，又會釋放大量的熱，所以將使水膠中和具有一定的危險性。從工藝流程上來看，生產線共有兩組中和濃縮設備，會進行同工藝交錯生產。而中和工序使用的機械設備包含中和反應裝置、儲藏輸送系統、攪拌系統和冷卻系統。其中，反應裝置包含硝酸邏輯閥、中和罐、中和排料閥等，攪拌系統包含水密封、攪拌電機和傳動系統等，冷卻系統包含冷卻水泵、閥門和冷卻塔等，儲藏輸送系統則由VIP泵和溶液儲罐等結構構成。在生產的過程中，硝酸泵先會被啟動，從而將儲罐中硝酸投入中和罐。在硝酸達到一定量后，甲胺將被輸送到中和罐中。在投入甲胺的過程中，攪拌電機將進行不斷攪拌。而操作人員還要加強中和溫度的密切監視，并直至甲胺到達一定量后，利用pH試紙進行檢測。如果pH過大，操作人員還要在現場進行硝酸微調罐的調節。如果pH過小，操作人員則需要進行甲胺微調罐的調節，直至pH符合工藝規定。中和結束后，系統會利用VIP泵將料吸至濃縮罐進行濃縮。

2.2 中和工序的PLC控制

在整個中和工序操作過程中，甲胺中和是至關重要的環節，未加強控制就會導致安全事故的發生，所以還應將該環節當成是重點的技術改造內容。目前，中和控制系統將采用PLC微機系統進行中和控制，其核心部件包含PLC控制系統、現場采樣變送器、氣動閥、邏輯閥、電磁閥和二次儀表等。在工作過程中，系統會在注酸時將有關邏輯閥關閉，并直至滿足閉鎖條件后將硝酸邏輯閥打開。此時，硝酸邏輯閥會將硝酸泵啟動。當達到標定的酸量時，系統會將硝酸邏輯閥與泵關閉，以完成注酸過程。在進行甲胺中和時，系統將進行相關設備啟動，并在閉鎖條件達到時打開甲胺邏輯閥，操作人員則可以利用手動閥進行甲胺量調節。如果閉鎖條件發生變化，系統會將甲胺邏輯閥強行關閉，以提供閉鎖保護。在系統中和完成后，相關設備將會關閉，操作人員則需要通過微調進行pH值調節。在pH調節完成后，系統將打開中和排料閥，儲罐內溶液則會被泵送到濃縮工序。

2.3 技術改造內容

針對現有水膠中和工序控制情況，想要實現中和工序的“無人化”控制，還要完成新控制室的建設，并使各設備動作及工序的現場控制與控制室的操作保持同步。想要達成這一目標，還要在保持原有操作流程不變的基礎上，將原來在現場的操作箱的所有操作轉移至控制室，并進行硝酸、甲胺流量遠程調節與監控、遠程微調及pH在線檢測、視頻監控和其他相關參數采集等功能的實現。此外，應保留原操作箱，以作為備用控制設備。

2.4 技術改造的實現

2.4.1 遠程操作的實現

在實現中和工序的遠程操作時，考慮到原本工序使用的操作箱擁有較多手自動按鈕，容易出現操作錯誤，還應在新設的控制室進行遠程PLC站點的設置，從而使系統的可靠性得到提高。而使用的PLC系統為歐姆龍CS1系列，在系統通信上采用ControlLink工業通信實現控制站與原中和站的PLC系統通信。采取該種發展相對成熟的通信方式，能夠確保數據交換的可靠性，并減少線路改動，因此能夠使系統施工成本得到減少。利用DI點，則能將原本操作臺上的加酸和加胺等指令接入PLC系統，并利用DO點實現設備狀態及工藝流程指示燈的控制。經過數模轉換，則能將硝酸流量、甲胺流量、中和溫度、濃縮真空度等采集得到的參數轉化為4mA～20mA的電流信號，并利用數字顯示表顯示出來。而控制室操作臺應采取原本操作箱的布局，并且使用原本的操作方法，以便使操作人員能夠輕松進行控制室操作。在實際進行遠程控制時，根據顯示表上顯示的流量、溫度、壓力等參數，操作人員就可以進行相應操作。此外，為對設備的狀態進行實時控制，還要進行工控機的配置，以便利用上位機畫面進行設備狀態的實時顯示。

2.4.2 物料流量的遠程調節

使用原有中和控制系統，操作人員需要在現場利用手動閥進行硝酸流量及甲胺流量的調節。在實現技術改造時，可以在原來的硝酸手動調節閥及甲胺手動調節閥后端進行氣動調節閥的加裝，并在原來的中和濃縮PLC站進行DA模塊增設，然后通過控制4mA～20mA模塊量信號實現閥的開度控制，繼而實現硝酸與甲胺流量的調節。在原本中和工序中，操作人員還要在pH測試環節現場進行硝酸微調罐和甲胺微調罐的控制，以實現中和工序的微調控制。因為，原本的加酸和加胺主管道較大，擁有較大流量。如果閥門開度較小，會出現打回流的情況。另外，硝酸及甲胺儲罐距離中和濃縮工房較遠，需要一定時間才能實現加酸與加胺，因此需要利用硝酸和甲胺的微調罐進行pH微調。為實現該環節的“無人化”操作，還應在微調罐玻璃管液位計上進行液位開關加裝，然后利用安全柵將開關連接到PLC系統，繼而實現微調罐的液位報警。而微調罐主體結構為不銹鋼密封結構，所以還應進行非接觸式液位開關安裝。此外，還應進行啟動球閥加裝，以實現微調罐的遠程控制。

2.4.3 pH的在線測試

在原本的操作工序中，完成甲胺操作后，操作人員還要從中和罐中取樣，然后利用pH試紙進行pH值的檢測，以確定中和程度。而這一過程實際具有較大的危險性，還應實現“無人化”操作。為此，還應進行在線pH檢測功能的實現，即在頂部進行pH計的安裝，并確保其插入液面深度50cm左右，從而使其在單純硝酸液面之上。而直至甲胺加到70%左右時，液面才與pH探頭接觸。此外，還要進行pH計變送器的安裝，從而為PLC系統提供4mA～20mA的電流信號，然后利用ControlLink網絡將檢測結果傳送至監控室，以供控制室的操作人員參考。

2.4.4 視頻監控

在中和工序的控制過程中，存在一定的生產風險，所以還應加強對生產現場的監控管理。使用原有控制系統，可以完成設備狀態及參數信號的采集，并傳輸至控制室。而為使生產現場的監控得到進一步加強，還應在現場安裝視頻監控，從而進行現場生產畫面的實時傳送。此外，為方便控制室的操作人員掌握全局信息，還應實現生產畫面監視器、上位機監視器與操作臺的集成。

2.5 技術改造效果

從技術改造項目的運行效果來看，水膠線技術改造方案得到了順利實施，能夠實現全部遠程操作，所以實現了水膠中和工序的“無人化”控制，并且能夠達到預期的控制要求。

結論

通過研究可以發現，使用遠程控制技術對水膠中和工序進行設計改造，能夠實現水膠生產的“無人化”自動控制生產。而實現水膠炸藥生產線中和工藝的無人操作，不僅能夠使水膠生產技術得到進一步發展，還能為從業人員提供更多安全保障，所以可以推動水膠生產行業的發展。因此，相信本文對水膠中和遠程控制技術展開的研究，可以為相關工作的開展帶來啟示。

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