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(yè)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(chǎn)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(xiàn)“無人化”自動控制生產(chǎn)。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(chǎn)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(chǎn)線上，中和工序是至關重要的環(huán)節(jié)，會產(chǎn)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(chǎn)物對溫度比較敏感，在高溫環(huán)境中具有一定的危險性。為增強水膠生產(chǎn)的安全性，生產(chǎn)水膠的很多化工企業(yè)紛紛開始使用電氣技術實現(xiàn)生產(chǎn)控制。而實現(xiàn)對水膠生產(chǎn)線的遠程控制，則能使操作人員遠離生產(chǎn)線實現(xiàn)中和工序的操作控制，進而使水膠生產(chǎn)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(chǎn)的化工企業(yè)，生產(chǎn)的水膠產(chǎn)品擁有優(yōu)良的性能，并深受用戶歡迎。目前，該公司水膠生產(chǎn)線主要采用硝酸與甲胺進行水膠生產(chǎn)，制造工藝主要包含中和、濃縮、溶解、混合4個部分，生產(chǎn)出的水膠炸藥形似果凍。在水膠生產(chǎn)過程控制方面，該公司已經(jīng)實現(xiàn)了電氣化生產(chǎn)，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(tǒng)實現(xiàn)水膠生產(chǎn)過程的控制。此外，公司也在現(xiàn)場完成了防爆操作箱的設置，并安排專人進行現(xiàn)場控制。所以在水膠中和生產(chǎn)過程中，需要依靠人為現(xiàn)場操作（2～3人）實現(xiàn)生產(chǎn)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(fā)火災，僅依靠人工控制難以實現(xiàn)現(xiàn)場意外的及時處理，所以很容易給現(xiàn)場控制人員帶來傷害。因此，還需要實現(xiàn)中和環(huán)節(jié)的自動控制，以實現(xiàn)水膠生產(chǎn)的“無人化”操作，進而在盡可能減少生產(chǎn)事故發(fā)生的同時，為生產(chǎn)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(xiàn)中和工房的遠程操作控制、監(jiān)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(chǎn)的過程中，中和工序是重要關節(jié)。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(chǎn)線共有兩組中和濃縮設備，會進行同工藝交錯生產(chǎn)。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(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。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(tǒng)包含水密封、攪拌電機和傳動系統(tǒng)等，冷卻系統(tǒng)包含冷卻水泵、閥門和冷卻塔等，儲藏輸送系統(tǒng)則由VIP泵和溶液儲罐等結構構成。在生產(chǎn)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(jiān)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(xiàn)場進行硝酸微調(diào)罐的調(diào)節(jié)。如果pH過小，操作人員則需要進行甲胺微調(diào)罐的調(diào)節(jié)，直至pH符合工藝規(guī)定。中和結束后，系統(tǒng)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(huán)節(jié)，未加強控制就會導致安全事故的發(fā)生，所以還應將該環(huán)節(jié)當成是重點的技術改造內(nèi)容。目前，中和控制系統(tǒng)將采用PLC微機系統(tǒng)進行中和控制，其核心部件包含PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(diào)節(jié)。如果閉鎖條件發(fā)生變化，系統(tǒng)會將甲胺邏輯閥強行關閉，以提供閉鎖保護。在系統(tǒng)中和完成后，相關設備將會關閉，操作人員則需要通過微調(diào)進行pH值調(diào)節(jié)。在pH調(diào)節(jié)完成后，系統(tǒng)將打開中和排料閥，儲罐內(nèi)溶液則會被泵送到濃縮工序。

2.3 技術改造內(nèi)容

針對現(xiàn)有水膠中和工序控制情況，想要實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(diào)節(jié)與監(jiān)控、遠程微調(diào)及pH在線檢測、視頻監(jiān)控和其他相關參數(shù)采集等功能的實現(xiàn)。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(xiàn)

2.4.1 遠程操作的實現(xiàn)

在實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)的可靠性得到提高。而使用的PLC系統(tǒng)為歐姆龍CS1系列，在系統(tǒng)通信上采用ControlLink工業(yè)通信實現(xiàn)控制站與原中和站的PLC系統(tǒng)通信。采取該種發(fā)展相對成熟的通信方式，能夠確保數(shù)據(jù)交換的可靠性，并減少線路改動，因此能夠使系統(tǒng)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(tǒng)，并利用DO點實現(xiàn)設備狀態(tài)及工藝流程指示燈的控制。經(jīng)過數(shù)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(shù)轉化為4mA～20mA的電流信號，并利用數(shù)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(jù)顯示表上顯示的流量、溫度、壓力等參數(shù)，操作人員就可以進行相應操作。此外，為對設備的狀態(tài)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(tài)的實時顯示。

2.4.2 物料流量的遠程調(diào)節(jié)

使用原有中和控制系統(tǒng)，操作人員需要在現(xiàn)場利用手動閥進行硝酸流量及甲胺流量的調(diào)節(jié)。在實現(xiàn)技術改造時，可以在原來的硝酸手動調(diào)節(jié)閥及甲胺手動調(diào)節(jié)閥后端進行氣動調(diào)節(jié)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(xiàn)閥的開度控制，繼而實現(xiàn)硝酸與甲胺流量的調(diào)節(jié)。在原本中和工序中，操作人員還要在pH測試環(huán)節(jié)現(xiàn)場進行硝酸微調(diào)罐和甲胺微調(diào)罐的控制，以實現(xiàn)中和工序的微調(diào)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(xiàn)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(xiàn)加酸與加胺，因此需要利用硝酸和甲胺的微調(diào)罐進行pH微調(diào)。為實現(xiàn)該環(huán)節(jié)的“無人化”操作，還應在微調(diào)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(tǒng)，繼而實現(xiàn)微調(diào)罐的液位報警。而微調(diào)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(xiàn)微調(diào)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(xiàn)“無人化”操作。為此，還應進行在線pH檢測功能的實現(xiàn)，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(tǒng)提供4mA～20mA的電流信號，然后利用ControlLink網(wǎng)絡將檢測結果傳送至監(jiān)控室，以供控制室的操作人員參考。

2.4.4 視頻監(jiān)控

在中和工序的控制過程中，存在一定的生產(chǎn)風險，所以還應加強對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控管理。使用原有控制系統(tǒng)，可以完成設備狀態(tài)及參數(shù)信號的采集，并傳輸至控制室。而為使生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控得到進一步加強，還應在現(xiàn)場安裝視頻監(jiān)控，從而進行現(xiàn)場生產(chǎn)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(xiàn)生產(chǎn)畫面監(jiān)視器、上位機監(jiān)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(xiàn)全部遠程操作，所以實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)水膠生產(chǎn)的“無人化”自動控制生產(chǎn)。而實現(xiàn)水膠炸藥生產(chǎn)線中和工藝的無人操作，不僅能夠使水膠生產(chǎn)技術得到進一步發(fā)展，還能為從業(yè)人員提供更多安全保障，所以可以推動水膠生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)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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