和利時DCS 系統(tǒng)在氧化鋁控制系統(tǒng)的特色應(yīng)用

劉成龍 魯 鵬

（沈陽鑫博工業(yè)技術(shù)股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

氧化鋁生產(chǎn)行業(yè)是我國冶金行業(yè)的重要組成部分，為社會生產(chǎn)提供大量的氧化鋁材料。氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)主要是將氧化鋁水合物作為主要礦物質(zhì)的鋁土礦中，提煉生產(chǎn)出高純度的氧化鋁。但是因為不同鋁土礦內(nèi)的具體情況不同，所以需要根據(jù)鋁土礦的實際成本，采用不同的生產(chǎn)工藝方法，當(dāng)前主要應(yīng)用的鋁土礦生產(chǎn)方法有拜耳法、燒結(jié)法以及聯(lián)合法，其中拜耳法應(yīng)用較為廣泛，占比在90%以上，主要是對二氧化硅含量較低的鋁土礦進(jìn)行處理。和利時DCS 系統(tǒng)在氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的控制系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用效果，能夠有效提升系統(tǒng)運(yùn)行效率與控制工作質(zhì)量。

1 氧化鋁DCS 結(jié)構(gòu)分析

氧化鋁的基本生產(chǎn)流程為熱量和堿閉路循環(huán)的過程，該工藝流程前半段主要是對鋁土礦原材料的處理，后半段為提純和雜質(zhì)凈化等工藝，主要為溶液閉路循環(huán)流程。在應(yīng)用拜耳法處理氧化鋁的過程中，一般的生產(chǎn)模式包括5個生產(chǎn)車間和35 個基本工序；燒結(jié)法也需要采用5 個車間，但是只需要經(jīng)過22 道工序；聯(lián)合法需要設(shè)置6 個主要生產(chǎn)車間和42 個基本工序。在氧化鋁的DCS 控制系統(tǒng)中，包括原材料研磨、溶出、沉降、種子過濾、蒸發(fā)、成品過濾、燒結(jié)以及煤氣站等多項生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制，從而能夠?qū)⒅饕ば蛞约跋鄬Κ?dú)立的生產(chǎn)控制系統(tǒng)融合成為一個整體，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、實時監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理等工作，具有自動化檢測、自動化控制等多項優(yōu)勢，通過設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備和操作站臺，能夠建設(shè)具有網(wǎng)絡(luò)化特征的氧化鋁控制系統(tǒng)模式，從而實現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)一體化管控目標(biāo)，同時能夠提升氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)信息化建設(shè)水平。氧化鋁DCS 控制系統(tǒng)屬于大型DCS 綜合系統(tǒng)類型，通常情況下，100 萬t/年的氧化鋁生產(chǎn)線，采用DCS 系統(tǒng)的實際物理測點在1 萬個左右，DP 通信節(jié)點在1000 個左右。氧化鋁DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，必須包括原料、溶出、過濾控制、分解、蒸發(fā)、成品過濾以及燒結(jié)八項內(nèi)容，這些不同項目雖然相互獨(dú)立但是卻存在內(nèi)部聯(lián)系，可以實現(xiàn)同時檢測和控制，從而能夠提高控制管理靈活性，根據(jù)實際生產(chǎn)要求靈活地配置管理人員。在氧化鋁DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層主要包括MNET 管理網(wǎng)、SNET 系統(tǒng)網(wǎng)和CNET 控制網(wǎng)，多層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)能夠全面提升DCS 控制系統(tǒng)安全性和可靠性。同時，為了滿足不同生產(chǎn)工藝流程的分散性需求，需要根據(jù)不同工藝流程的實際情況設(shè)置相應(yīng)的接地設(shè)備，保證每一道生產(chǎn)工序中都有獨(dú)立電源，從而能夠提升系統(tǒng)運(yùn)行效率[1]。

2 氧化鋁和利時DCS 控制系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成分析

采用拜耳法進(jìn)行氧化鋁的基本工藝流程為：鋁土礦→破碎→濕磨（補(bǔ)充苛性堿）→溶出（礦漿）→稀釋→礦漿稀釋→沉降分離，在沉降分離后，需要經(jīng)過兩道不同工序進(jìn)行處理，第一道工序流程為：粗液→葉濾→晶種分解→沉降分離→洗滌→煅燒→氧化鋁產(chǎn)品；第二道工序為稠濃赤泥漿→赤泥洗滌（熱水）→稀釋→蒸發(fā)→分離。

2.1 原料磨DCS 控制系統(tǒng)分析

原料磨是氧化鋁生產(chǎn)工藝中的首道工序，是氧化鋁產(chǎn)品的材料來源，將多種礦物質(zhì)材料磨制成為漿液形態(tài)，從而為后續(xù)的加工打下基礎(chǔ)。原料磨DCS 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案為：參數(shù)顯示、監(jiān)測、設(shè)備聯(lián)鎖和設(shè)備自動啟?？刂?。材料參數(shù)顯示主要內(nèi)容為液位數(shù)據(jù)、下料流量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、密度數(shù)據(jù)以及其他材料數(shù)據(jù)等，控制回路主要為自動配料控制，利用相應(yīng)的函數(shù)算法能夠?qū)崿F(xiàn)自動化配料控制目標(biāo)，同時還需要設(shè)計旋流器壓力自動控制、料漿泵自動控制以及相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，利用常用的PID 能夠取得良好的控制效果，為了實現(xiàn)高低報警與設(shè)備控制聯(lián)鎖、自動啟停，采用液位檢測方式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對污水槽液位的實時檢測與控制[2]。

2.2 溶出控制系統(tǒng)分析

溶出是氧化鋁生產(chǎn)中最為重要的工藝環(huán)節(jié)，主要采用高壓方式進(jìn)行溶出，同時也是拜耳法的應(yīng)用關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。溶出工藝的主要作用是能夠?qū)X土礦中氧化鋁水合物溶解成為鋁酸鈉溶液，溶出效果能夠直接影響拜耳法的實際應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益。溶出控制系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容包括溫度控制和壓力控制，其DCS 控制設(shè)計方案為：原料進(jìn)入量PID 調(diào)節(jié)、礦漿槽料位、溫度和密度PID 調(diào)節(jié)，原料進(jìn)入量PID 調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)變頻器，能夠根據(jù)進(jìn)入量的平衡穩(wěn)定性進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，RP 控制主要由流量調(diào)節(jié)器和密度調(diào)節(jié)器構(gòu)成，能夠反映出漿液飽和度，并使礦漿中的干料濃度保持恒定，具有補(bǔ)償器的作用，從而能夠補(bǔ)足因流量變化導(dǎo)致礦漿RP 出現(xiàn)的變化，有利于提升整體生產(chǎn)質(zhì)量。

2.3 沉降和過濾控制系統(tǒng)

沉降控制主要完成赤泥分離、洗滌、絮凝劑制作、過濾控制、赤泥過濾控制以及熱水泵控制等工序，將檢測、操控與自動化控制集為一體，該控制系統(tǒng)必須保證數(shù)據(jù)庫服務(wù)器冗余、控制器容錯、通信網(wǎng)絡(luò)及電源冗余設(shè)備。溶出礦漿稀釋工藝的主要作用是對溶出礦漿進(jìn)行稀釋和洗滌。沉降和過濾DCS 控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、絮凝劑PLC 控制系統(tǒng)和DP 通信系統(tǒng)、赤泥過濾和熱水站監(jiān)測、PID 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

2.4 種子過濾和分解控制系統(tǒng)分析

在氧化鋁生產(chǎn)工藝流程中，分解車間種子過濾控制系統(tǒng)，主要作用是對精制溶液的熱交換、分解分級和種子過濾等工藝流程的監(jiān)控和自動化控制。晶種分解能夠?qū)X酸鈉溶液的溫度進(jìn)行降低，增加溶液飽和度，通過加入氫氧化鋁作為晶種，在攪拌的過程則能夠?qū)溲趸X析出，是拜耳法在氧化鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有直接影響，所以必須做好過濾和分解控制工作。晶種分解除了能夠得到氫氧化鋁材料之外，還能夠獲得苛性比較高的種分母液，從而能夠?qū)⑵渥鳛槿艹鲣X土礦的循環(huán)母液所使用，是構(gòu)成拜耳法氧化鋁生產(chǎn)閉路循環(huán)工藝的關(guān)鍵工序。在分解車間中，過濾控制DCS 系統(tǒng)主要包括自適應(yīng)PID 控制系統(tǒng)，因為溶液在分解過程中會受到其他多種因素的影響，一般的PID 控制模式難以實現(xiàn)準(zhǔn)確控制，應(yīng)對分解條件變化的能力不足，所以采用具有自適應(yīng)性的PID 控制器，能夠減少分解過程環(huán)境變化對控制系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響，使DCS 控制系統(tǒng)的實用性得到提升。

2.5 成品過濾控制系統(tǒng)分析

成品過濾控制系統(tǒng)的作用是將氧化鋁產(chǎn)品進(jìn)行過濾，其中涉及到監(jiān)測、操作和控制等多項作業(yè)，必須保證數(shù)據(jù)庫服務(wù)器冗余、控制器容錯以及通信網(wǎng)絡(luò)和電源設(shè)備冗余設(shè)置。采用DCS 系統(tǒng)對成品過濾進(jìn)行控制，主要包括變頻器切換和調(diào)節(jié)控制、母液槽、強(qiáng)濾液槽、一弱和二弱槽液位的自動化PID 調(diào)節(jié)控制。

2.6 燒結(jié)控制系統(tǒng)分析

燒結(jié)工藝需要完成對燒結(jié)溫度和氧化鋁灼減量的控制，在燒結(jié)爐沒有滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，可以采用對氫氧化鋁進(jìn)料量進(jìn)行控制的方式調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度，需要完成風(fēng)量恒定、油量恒定等預(yù)先設(shè)置，能夠保證燒結(jié)控制中油量和風(fēng)量供給充足。燒結(jié)DCS 控制系統(tǒng)主要包括引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)控制聯(lián)鎖、火焰保護(hù)控制聯(lián)鎖、煤氣控制閥保護(hù)聯(lián)鎖、過濾機(jī)控制保護(hù)聯(lián)鎖以及溫度保護(hù)控制聯(lián)鎖。

3 和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)應(yīng)用特色與控制效果

3.1 應(yīng)用特色

根據(jù)上文所述可以看出，和利時DCS 控制系統(tǒng)在氧化鋁生產(chǎn)控制中具有良好的應(yīng)用效果，能夠全面提升氧化鋁生產(chǎn)效率、質(zhì)量和工藝安全性。首先，和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)中，各車間和子工程相互獨(dú)立，又具有聯(lián)通性，通過對不同生產(chǎn)流程的監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)連接情況下能夠構(gòu)成一個整體，信息共享率較高，通信速度較快且較為穩(wěn)定，同時能夠通過網(wǎng)絡(luò)外部聯(lián)系，提高網(wǎng)絡(luò)安全性，保證通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠有效避免網(wǎng)絡(luò)攻擊問題發(fā)生。其次，因為氧化鋁生產(chǎn)現(xiàn)場存在許多變頻器、保護(hù)器以及PLC 控制設(shè)備，采用和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)后，能夠?qū)⑵渑c和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)接入，從而提升整體控制效果，實現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)過程中的調(diào)試、試車以及作業(yè)控制[3]。最后，和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)具有良好的包容性和開放性，能夠支持多種常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)模式，從而滿足氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量較多、設(shè)備復(fù)雜等多項需求。

3.2 控制效果

和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用過程中能夠避免系統(tǒng)故障問題出現(xiàn)，同時采用穩(wěn)定的DP 通信能夠節(jié)省電纜運(yùn)行成本，維修保護(hù)更加便利，能夠提高故障排查和維修工作效率，對于提升企業(yè)成本具有重要意義。和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)能夠滿足多種不同氧化鋁產(chǎn)品的控制需求，根據(jù)鋁土礦的實際情況，對控制模式和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具有較好的靈活性和可操作性。

4 結(jié)語

綜上所述，本文全面闡述了和利時DCS 氧化鋁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容，對不同氧化鋁生產(chǎn)工序中的DCS 控制系統(tǒng)實際內(nèi)容進(jìn)行分析，最后提出該控制系統(tǒng)的特色和實際控制效果，希望能夠?qū)ξ覈趸X生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展有所幫助，全面促進(jìn)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)信息化建設(shè)水平提升。