精化工廠工藝系統模塊化設計的分析與探究

王友超

（山東新華醫藥化工設計有限公司，山東淄博 255086）

1 工藝系統模塊化理念

工藝模塊化設計理念是由日本西門子公司推出的Teamcenter2007軟件中，借助PDM 數據克隆技術，實現工業生產數據復制，創設出與原體相同的副本，同時可以對副本數據進行修改，不會對原數據帶來影響，從而保證整個系統運行的穩定性。通過建設精化工廠工藝知識庫，不斷累積生產工藝數據、優化工藝流程，對這些生產工藝重復利用，實現自動化生產。典型工藝知識庫主要是采用PDM 分類模塊創建，結合產品類型、材料加工特點，定義每個流程的分類屬性，從而實現模塊分類管理[1]。

在明確了生產工藝后，可以在知識庫中檢索信息，借助工序模塊和克隆技術，借用PDM 中的工藝。完成工藝克隆之后，繼承產品生產工藝數據，自動獲取化工產品名稱、材料、標準等信息，適當修訂工序中的工序圖、工藝要求，調整生產參數，實現自動化生產模式。

2 工藝系統模塊化軟件設計方案

整個精化工廠工藝系統中，主要是采用一鍵式調動工藝程序的方法，并且每個程序都采用模塊化設計，整個系統結構主要分為工藝知識庫、數據克隆、知識庫流程控制（知識庫編程）。

2.1 工藝知識庫

知識庫主要是記住PDM 分類模塊對工藝屬性、類別進行自定義和編輯，將不同類別的工藝系統進行區分，借助分類模塊的檢索功能，對數據庫中典型工藝進行查詢，可以一鍵調用。在每個工藝類型中定義生產參數，系統會自動選擇材料、生產參數、加工形式等。典型工藝知識庫構成了一個整體結構，通過層級檢索實現快速查詢。

2.2 定制數據克隆

結合不同的工藝編制標準，克隆后工藝是完全保持獨立的形態，所有操作無需操作引用。按照生產工藝編制標準進行數據克隆，深入研究PDM 數據克隆信息，并制定數據克隆控制程序，借助系統變量控制克隆操作，從而滿足精化工廠生產工藝要求。通過定制克隆功能，將工藝參數集中到克隆對象中，確保克隆數據、程序完成性。克隆操作可以繼承工藝相關信息，可以完全復制新的工藝，保持工序數據的完整性。

2.3 知識庫流程控制

知識庫中的工藝模塊是更新工藝程序的重要內容，如工序安排、生產方法、材料選擇等，都會對精化工廠生產帶來影響。為了能夠采用更好的工藝，則要控制工藝知識庫中工藝模板質量，將優化過的工藝模板存儲在知識庫中，將老、舊工藝替換。精化工廠生產設備均由PLC 控制、控制中心下達指令。為了有效控制工藝模板庫中的模板數量，可以在PDM 中設計工藝模板庫訪問權限，精化工廠中設定一個最高權限的lnclass管理員[2]。

3 精化工廠工藝系統模塊化的功能系統

以釜式反應容器作為模塊為例進行簡單說明。將釜式反應容器生產工藝加入到知識庫工藝模塊中，以PDM 克隆反應器運行程序，實現整個自動化生產系統的操作。

3.1 反應系統

液體原料、溶劑通過管道直接進入到反應釜中，固體物料通過入口進入到反應釜，入口上方設置通風口，從而滿足基本的精化工廠生產要求。冷凝器直接通過氣相管連接，擴大管、液封回流負責傳遞冷凝液，擴大管與放空管、真空管連接，從而滿足氣液要求。結合擴大管工藝特性、客戶需求，可以和接收罐、企業分離器、蒸汽保溫夾套連接，從而實現不同功能，當然也要在知識庫中調用相應工藝程序。冷凍水、循環水與冷凝器連接，也可以設計為二級冷凝系統。為了能夠保持安全泄放系統運行安全，要設置新的安全閥、爆破片。氣相出口位置設壓力表，實現反應釜溫度、加熱蒸汽系統聯動。反應釜物料出口閥門操作要求非常高，借助遠程系統可以遙控閥門動作[3]。反應釜夾套與冷凍水、循環水、壓縮空氣等系統連接，借助閥門實現功能切換。不銹鋼反應釜中采用蒸汽盤管，與夾套中的冷卻介質相分離，從而延長反應釜使用壽命。

對十分危險的化工工藝，在知識庫中選擇工藝管道儀表程序，克隆出安全生產要求、監控參數、控制方案等，保證工藝程序滿足生產標準，從而減少危險化工流程的風險。如在知識庫中選擇重氮化工藝，讓反應釜溫度和攪拌系統、亞硝酸鈉流量系統與滴加系統聯鎖，借助工藝模塊中的緊急停車系統。如果重氮化反應釜溫度超標或攪拌系統故障，系統可以自動停止加料，實現車輛緊急停止。

3.2 分離系統

如在蒸餾生產工序中，上一道工序物料靜置分層液油層傳輸到蒸餾釜中實現首次蒸餾回收，之后蒸餾釜夾套進入低壓蒸汽加熱，管道部位設置自動調節閥，控制釜內加熱量，反應釜中的氣相傳遞通過兩級冷凝工序，氣液分離后傳遞到回收罐中，無法凝結的氣體直接傳遞到尾氣處理系統。為了控制蒸餾釜內部壓力，釜上還設置了安全排泄系統[4]。

再如在板框壓濾工藝中，漿料固液分離利用隔膜壓榨技術，借助進料泵運行壓力將材料壓入到隔膜壓濾機中，排出母液。完成過濾之后，在壓榨水泵出口部位設置安全閥，使用高壓清水傳輸到壓濾機隔膜、芯板中間的空腔中，將濾餅擠壓，二次脫水。在二次脫水之后，顆粒中還會保留一定的水分，可以借助反吹壓縮空氣機，進一步降低濾餅的含水率。

3.3 干燥系統

精化工廠主要采用真空干燥機、閃蒸干燥機。以旋轉閃蒸干燥機（也稱之為“螺旋閃蒸干燥機”）為例，空氣在換熱器加熱工序完成之后，直接傳遞到干燥機進風口位置，螺旋加料器將物料傳輸到塔內，干燥之后的粉狀物隨著加熱的空氣一同傳輸到收塵器中，成品被直接收集并傳遞到包裝工序中，剩余的多余尾氣通過水膜除塵器處理之后直接排放。

3.4 真空系統

噴射真空泵最常見的介質就是水，隨著科學技術不斷發展，聯合式水噴射真空機使用愈加廣泛。聯合式水噴射真空機是指一個水槽供多臺噴射器使用，碳鋼材質水槽可以減少銹蝕情況，水槽外側與盤管連接，采用循環法進行水冷，有助于節省水資源、降低廢水排放量。如果工藝環節會生產酸性尾氣，水槽中可以加入一定量的堿液實現中和，真空緩沖罐防控、水槽尾氣直接傳遞到尾氣排放系統統一處理。

3.5 尾氣處理系統

結合尾氣中含有的物質，針對性選擇知識庫中的工藝程序，如水洗滌、堿液洗滌等，對于甲苯、二氯甲烷、二甲苯等物質可以采用活性炭吸附。活性炭吸附一定時間后會飽和，采用蒸汽方法讓活性炭脫附繼續使用。活性炭吸附系統中，采用“一用一備”的雙吸附器系統，在正常運行中可以相互切換使用，共同使用一套管路。吸附器在運行中可以依次進入到吸附狀態，控制中心自動控制吸附箱的相關功能，如吸附、解吸、干燥等[5]。

4 結束語

綜上所述，將精化工廠工藝系統進行模塊化設計，每個子系統保持獨立性，從而提升工藝系統的標準性、獨立性、規范性、靈活性，可以一鍵式調用知識庫中的生產程序，讓每個生產工藝都可以按照程序標準自動生產，極大地提升了生產效率和質量。同時，模塊化生產可以根據工藝特性、用戶需求，自由組合功能模塊，減輕了設計人員工作量，提升了設計效率，有利于掌握設計要點、工藝適應性非常強，是精化工廠領域的一次重要改革創新。