片堿自動化生產(chǎn)改造運行小結(jié)

路麗娟，周紅燕

（新疆石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

隨著公司片堿生產(chǎn)裝置規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)過程中自動化程度不斷提升，氯堿企業(yè)對片堿安全穩(wěn)定及長周期滿載運行的要求，對自動化控制人員提出了更高的控制目標(biāo)。從方案設(shè)計、控制產(chǎn)品的選型、安裝及日常運行維護(hù)等都有了更高的要求，公司現(xiàn)使用控制系統(tǒng)為德國西門子PLC-S7-300系統(tǒng)，但因全公司使用橫河系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)相對較多，為了維護(hù)及產(chǎn)品備件的可替代性、便捷維護(hù)性等，將原片堿系統(tǒng)全面改造為橫河西儀公司的CENTUM CS3000的控制系統(tǒng)，使其成為片堿生產(chǎn)系統(tǒng)的總指揮。該系統(tǒng)于2015年3月完成改造的安裝調(diào)試與運行，運行期間顯示系統(tǒng)控制安全穩(wěn)定，能夠達(dá)到精準(zhǔn)控制，減少后續(xù)運行中的隱患，嚴(yán)格滿足日常生產(chǎn)要求。

1　片堿生產(chǎn)裝置概述

目前，天業(yè)化工有限責(zé)任公司采用膜式法生產(chǎn)片狀固堿。此生產(chǎn)工藝是相對較為成熟的，主要是使堿液與加熱源的傳熱蒸發(fā)過程在薄膜傳熱狀態(tài)下進(jìn)行。膜式法生產(chǎn)片堿可分為2個階段：（1）堿液從32%濃度濃縮至61%，這個階段可在降膜蒸發(fā)器中進(jìn)行，加熱源采用中壓蒸汽及二次蒸汽并在真空下進(jìn)行蒸發(fā)；（2）61%堿液再通過降膜濃縮器，以熔融鹽為熱載體，在常壓下將堿液濃縮成熔融堿，再經(jīng)片堿機制成片狀固堿，經(jīng)片堿包裝線進(jìn)行小袋包裝。片堿生產(chǎn)工藝流程圖見圖1。

2　CS3000控制系統(tǒng)介紹[1]

圖1　片堿生產(chǎn)工藝流程圖

片堿生產(chǎn)因其生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性，采用控制精度極高的橫河CS3000系列DCS集散控制系統(tǒng)。此套控制系統(tǒng)由不同的域組成，一個域主要包含HIS（人機接口站）、FCS（現(xiàn)場控制站）、VLnet（控制總線）、BCV（總線轉(zhuǎn)換器）、Ethernet（E網(wǎng)）等設(shè)備構(gòu)成，總共最多64個FCS、16個HIS，其間通過BCV可將域互連，互聯(lián)的域最大16個。由于該DCS控制系統(tǒng)提供了面向?qū)ο蟮膱D形化工具和完整的過程控制功能庫，組態(tài)調(diào)用、流程設(shè)計、趨勢與歷史記錄設(shè)計等功能，并且HIS主要是依據(jù)生產(chǎn)所需的操作畫面，利用DCS工控組態(tài)軟件中圖形窗口對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和監(jiān)視、報警和記錄的，在人機接口站中安裝有系統(tǒng)軟件，將過程數(shù)據(jù)、報警信息、提示信息、趨勢數(shù)據(jù)和歷史記錄等其他信息等傳送到上位計算機和工作站，極大的提高了自動化程度。橫河CS3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2　CS3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3　片堿控制方案設(shè)計與實施

在片堿生產(chǎn)中，該公司程序設(shè)計人員針對CS3000系統(tǒng)的優(yōu)勢與工藝人員提出的設(shè)計要求相結(jié)合，需要實現(xiàn)的主要有常規(guī)控制與復(fù)雜控制、邏輯與聯(lián)鎖控制、順序控制、計算功能等四大塊功能。由于片堿生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)，根據(jù)工藝生產(chǎn)特點和現(xiàn)場流程特點、現(xiàn)場自控設(shè)備的應(yīng)用情況主要使用以下幾種關(guān)鍵工序控制方案，現(xiàn)作一簡要介紹。

3.1　常規(guī)控制方案

片堿生產(chǎn)中，因其生產(chǎn)特殊性，需要大量溫度、壓力、流量進(jìn)行指示及提示報警信息。當(dāng)操作條件和標(biāo)準(zhǔn)條件不同時，需要在操作站中進(jìn)行報警信息提示執(zhí)行。其中溫壓補償組態(tài)是通過計算功能塊來實施的，如片堿預(yù)處理器反應(yīng)溫度、壓力、進(jìn)堿液流量的工藝指標(biāo)的顯示，PVI功能塊的使用是較為常規(guī)的。

3.2　復(fù)雜控制方案

生產(chǎn)控制中有溫度、流量控制實施時，需要加入計算或串級控制。控制點處于自動控制狀態(tài)時，如果出現(xiàn)輸入信號開路狀態(tài)時，CS3000系統(tǒng)強制將其狀態(tài)置為手動狀態(tài)，以確保生產(chǎn)安全的穩(wěn)定性。比如在進(jìn)行堿液流量的控制時加入串級控制，使流量控制更加靈敏、符合生產(chǎn)，且使產(chǎn)量更加精確。流量串級控制可使生產(chǎn)操作強度任務(wù)的頻繁性大幅度減少。

3.3　聯(lián)鎖控制方案

在片堿生產(chǎn)中，因生產(chǎn)控制的復(fù)雜性，還需要加入大量的聯(lián)鎖控制，以保護(hù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。如在進(jìn)堿液流量控制中，當(dāng)預(yù)濃縮器（EV-1201）內(nèi)進(jìn)堿流量FIR-1201低于8 m3/h時，進(jìn)堿液流量閥LV-1201關(guān)閉延遲180 s自動關(guān)閉。當(dāng)EV-1201液位高高報即LIC-1201達(dá)到預(yù)濃縮器的液位90%時，閥延時60 s，LV-1201自動關(guān)閉；當(dāng)預(yù)濃縮器的液位開關(guān)LSAHH-1201（高高報液位開關(guān)）報警時，LV-1201調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉。還有如進(jìn)堿液泵的與備用泵的聯(lián)鎖、最終濃縮器的出口閥門的聯(lián)鎖設(shè)計、預(yù)處理濃縮器的液位聯(lián)鎖控制等，這些聯(lián)鎖控制使生產(chǎn)更加穩(wěn)定，有效減少了不必要的生產(chǎn)余量流失。

3.4　順序控制方案

在熔鹽貯槽中呈液態(tài)在操作期間，由熔鹽泵從底部到頂部通過加熱器的加熱盤管使熔鹽循環(huán)流動。通過加熱盤管，燃燒器產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽，經(jīng)加熱器流進(jìn)最終濃縮器，在10個濃縮單元中與61%的堿液逆向換熱后，回流入熔鹽貯槽，其循環(huán)熔鹽量由旁路回流閥調(diào)節(jié)，整個熔鹽管路系統(tǒng)及熔鹽貯槽設(shè)有供開車用的單獨的高壓蒸汽預(yù)熱系統(tǒng)，在熔鹽溫度達(dá)到240℃之后即關(guān)閉。此控制系統(tǒng)加入了大量順序控制思路。在CS3000系統(tǒng)中，順序控制大多通過ST16和擴(kuò)展塊ST16E來實現(xiàn)。為了便于操作與控制，順序控制有“有步號”與“無步號”之分。當(dāng)某些特定條件成立時，順序控制會實現(xiàn)相關(guān)程序的執(zhí)行。

4　投用后效果分析

在片堿生產(chǎn)裝置中，橫河DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用充分發(fā)揮了其可靠性、協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。充分體現(xiàn)了由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)的優(yōu)勢。在此套控制系統(tǒng)中，綜合了通信技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等合理匹配，分級管理、分散操作、集中控制。如生產(chǎn)監(jiān)控分組控制可以對各種聯(lián)鎖控制、優(yōu)化計算、順序控制、故障診斷、顯示報警、統(tǒng)計報表等進(jìn)行一系列的改進(jìn)與設(shè)計，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS工程師能夠更加方便快捷的完成控制和維護(hù)工作，并且可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能。這些都為片堿控制技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)。

5　結(jié)語

此套片堿生產(chǎn)DCS自動控制系統(tǒng)自改造完成，投用以來，控制運行穩(wěn)定、集中控制便捷，且增加了大量優(yōu)化控制的相關(guān)功能，這些都為生產(chǎn)管理、工藝管理提供了良好的數(shù)據(jù)平臺，可實現(xiàn)生產(chǎn)信息化與工業(yè)化的結(jié)合，大大提高了工藝指標(biāo)的穩(wěn)定性，同時減少了操作人員對現(xiàn)場的誤操作，提高了工藝核心控制的自動化水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙定國.橫河CS3000系統(tǒng)在PET裝置中的應(yīng)用.聚酯工業(yè)，2010（5）：56～57.