和利時DCS系統在氧化鋁控制系統的特色應用

劉成龍 魯鵬

摘 要 本文從氧化鋁生產工藝和氧化鋁DCS系統結構方面進行分析，詳細闡述和利時DCS在拜耳法氧化鋁生產中的控制系統結構、控制方案以及控制系統上具有的特色，并根據實際控制效果對和利時DCS系統在氧化鋁控制系統中的未來發展進行展望，希望能夠對我國氧化鋁加工生產行業有所幫助，全面促進我國冶金行業生產和管理技術水平提升。

關鍵詞 和利時DCS系統 氧化鋁 控制系統 特色應用

中圖分類號：TF6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）08-0040-02

氧化鋁生產行業是我國冶金行業的重要組成部分，為社會生產提供大量的氧化鋁材料。氧化鋁生產技術主要是將氧化鋁水合物作為主要礦物質的鋁土礦中，提煉生產出高純度的氧化鋁。但是因為不同鋁土礦內的具體情況不同，所以需要根據鋁土礦的實際成本，采用不同的生產工藝方法，當前主要應用的鋁土礦生產方法有拜耳法、燒結法以及聯合法，其中拜耳法應用較為廣泛，占比在90%以上，主要是對二氧化硅含量較低的鋁土礦進行處理。和利時DCS系統在氧化鋁生產企業的控制系統中具有良好的應用效果，能夠有效提升系統運行效率與控制工作質量。

1 氧化鋁DCS結構分析

氧化鋁的基本生產流程為熱量和堿閉路循環的過程，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凈化等工藝，主要為溶液閉路循環流程。在應用拜耳法處理氧化鋁的過程中，一般的生產模式包括5個生產車間和35個基本工序;燒結法也需要采用5個車間，但是只需要經過22道工序;聯合法需要設置6個主要生產車間和42個基本工序。在氧化鋁的DCS控制系統中，包括原材料研磨、溶出、沉降、種子過濾、蒸發、成品過濾、燒結以及煤氣站等多項生產環節的控制，從而能夠將主要工序以及相對獨立的生產控制系統融合成為一個整體，可以實現數據收集、實時監測以及數據處理等工作，具有自動化檢測、自動化控制等多項優勢，通過設置相應的設備和操作站臺，能夠建設具有網絡化特征的氧化鋁控制系統模式，從而實現氧化鋁生產一體化管控目標，同時能夠提升氧化鋁生產企業信息化建設水平。氧化鋁DCS控制系統屬于大型DCS綜合系統類型，通常情況下，100萬t /年的氧化鋁生產線，采用DCS系統的實際物理測點在1萬個左右，DP通信節點在1000個左右。氧化鋁DCS系統結構中，必須包括原料、溶出、過濾控制、分解、蒸發、成品過濾以及燒結八項內容，這些不同項目雖然相互獨立但是卻存在內部聯系，可以實現同時檢測和控制，從而能夠提高控制管理靈活性，根據實際生產要求靈活地配置管理人員。在氧化鋁DCS控制系統結構中，網絡層主要包括MNET管理網、SNET系統網和CNET控制網，多層網絡體系結構能夠全面提升DCS控制系統安全性和可靠性。同時，為了滿足不同生產工藝流程的分散性需求，需要根據不同工藝流程的實際情況設置相應的接地設備，保證每一道生產工序中都有獨立電源，從而能夠提升系統運行效率[1]。

2 氧化鋁和利時DCS控制系統內部構成分析

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

2.1 原料磨DCS控制系統分析

原料磨是氧化鋁生產工藝中的首道工序，是氧化鋁產品的材料來源，將多種礦物質材料磨制成為漿液形態，從而為后續的加工打下基礎。原料磨DCS控制系統的設計方案為：參數顯示、監測、設備聯鎖和設備自動啟停控制。材料參數顯示主要內容為液位數據、下料流量數據、壓力數據、密度數據以及其他材料數據等，控制回路主要為自動配料控制，利用相應的函數算法能夠實現自動化配料控制目標，同時還需要設計旋流器壓力自動控制、料漿泵自動控制以及相關設備的聯鎖控制，利用常用的PID能夠取得良好的控制效果，為了實現高低報警與設備控制聯鎖、自動啟停，采用液位檢測方式，從而能夠實現對污水槽液位的實時檢測與控制[2]。

2.2 溶出控制系統分析

溶出是氧化鋁生產中最為重要的工藝環節，主要采用高壓方式進行溶出，同時也是拜耳法的應用關鍵環節之一。溶出工藝的主要作用是能夠將鋁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用效果和經濟效益。溶出控制系統的主要控制內容包括溫度控制和壓力控制，其DCS控制設計方案為：原料進入量PID調節、礦漿槽料位、溫度和密度PID調節，原料進入量PID調節采用調節變頻器，能夠根據進入量的平衡穩定性進行自動化調節，RP控制主要由流量調節器和密度調節器構成，能夠反映出漿液飽和度，并使礦漿中的干料濃度保持恒定，具有補償器的作用，從而能夠補足因流量變化導致礦漿RP出現的變化，有利于提升整體生產質量。

2.3 沉降和過濾控制系統

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，該控制系統必須保證數據庫服務器冗余、控制器容錯、通信網絡及電源冗余設備。溶出礦漿稀釋工藝的主要作用是對溶出礦漿進行稀釋和洗滌。沉降和過濾DCS控制系統主要包括監控系統、保護系統、絮凝劑PLC控制系統和DP通信系統、赤泥過濾和熱水站監測、PID調節控制系統。

2.4 種子過濾和分解控制系統分析

在氧化鋁生產工藝流程中，分解車間種子過濾控制系統，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控和自動化控制。晶種分解能夠將鋁酸鈉溶液的溫度進行降低，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將氫氧化鋁析出，是拜耳法在氧化鋁生產中的關鍵環節，對于氧化鋁產品的質量和生產效率具有直接影響，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，從而能夠將其作為溶出鋁土礦的循環母液所使用，是構成拜耳法氧化鋁生產閉路循環工藝的關鍵工序。在分解車間中，過濾控制DCS系統主要包括自適應PID控制系統，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控制模式難以實現準確控制，應對分解條件變化的能力不足，所以采用具有自適應性的PID控制器，能夠減少分解過程環境變化對控制系統運行效果的影響，使DCS控制系統的實用性得到提升。

2.5 成品過濾控制系統分析

成品過濾控制系統的作用是將氧化鋁產品進行過濾，其中涉及到監測、操作和控制等多項作業，必須保證數據庫服務器冗余、控制器容錯以及通信網絡和電源設備冗余設置。采用DCS系統對成品過濾進行控制，主要包括變頻器切換和調節控制、母液槽、強濾液槽、一弱和二弱槽液位的自動化PID調節控制。

2.6 燒結控制系統分析

燒結工藝需要完成對燒結溫度和氧化鋁灼減量的控制，在燒結爐沒有滿負荷運行的狀態下，可以采用對氫氧化鋁進料量進行控制的方式調節燒結溫度，需要完成風量恒定、油量恒定等預先設置，能夠保證燒結控制中油量和風量供給充足。燒結DCS控制系統主要包括引風機調節保護控制聯鎖、火焰保護控制聯鎖、煤氣控制閥保護聯鎖、過濾機控制保護聯鎖以及溫度保護控制聯鎖。

3 和利時DCS氧化鋁控制系統應用特色與控制效果

3.1 應用特色

根據上文所述可以看出，和利時DCS控制系統在氧化鋁生產控制中具有良好的應用效果，能夠全面提升氧化鋁生產效率、質量和工藝安全性。首先，和利時DCS氧化鋁控制系統中，各車間和子工程相互獨立，又具有聯通性，通過對不同生產流程的監控，在網絡連接情況下能夠構成一個整體，信息共享率較高，通信速度較快且較為穩定，同時能夠通過網絡外部聯系，提高網絡安全性，保證通信網絡運行穩定，能夠有效避免網絡攻擊問題發生。其次，因為氧化鋁生產現場存在許多變頻器、保護器以及PLC控制設備，采用和利時DCS氧化鋁控制系統后，能夠將其與和利時DCS氧化鋁控制系統接入，從而提升整體控制效果，實現氧化鋁生產過程中的調試、試車以及作業控制[3]。最后，和利時DCS氧化鋁控制系統的通信網絡具有良好的包容性和開放性，能夠支持多種常規通信網絡模式，從而滿足氧化鋁生產設備數量較多、設備復雜等多項需求。

3.2 控制效果

和利時DCS氧化鋁控制系統具有良好的可靠性和穩定性，在實際應用過程中能夠避免系統故障問題出現，同時采用穩定的DP通信能夠節省電纜運行成本，維修保護更加便利，能夠提高故障排查和維修工作效率，對于提升企業成本具有重要意義。和利時DCS氧化鋁控制系統能夠滿足多種不同氧化鋁產品的控制需求，根據鋁土礦的實際情況，對控制模式和參數進行調整，具有較好的靈活性和可操作性。

4 結語

綜上所述，本文全面闡述了和利時DCS氧化鋁控制系統結構的具體內容，對不同氧化鋁生產工序中的DCS控制系統實際內容進行分析，最后提出該控制系統的特色和實際控制效果，希望能夠對我國氧化鋁生產企業發展有所幫助，全面促進氧化鋁生產企業信息化建設水平提升。

參考文獻：

[1] 劉洋.和利時DCS控制系統在熱電中心的應用[J].電子工程學院學報，2019，08（12）：270-271.

[2] 蔣天躍，何小英.淺談浙江中控與和利時DCS系統在實際應用中的優缺點[J].自動化應用，2019（03）：159-161.

[3] 賈貴來.中控DCS系統通過OPC技術監控HMI的應用研究[J].水泥，2019，509（08）：65-68.