調度系統在聚氯乙烯生產全流程監控中的應用

馬志超

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305）

隨著工業集成化、網絡化、信息化的發展，將多種系統通過通訊協議集中在一起監控成為現實。唐山三友集團氯堿有限責任公司生產燒堿、聚氯乙烯樹脂等主要產品和二氯乙烷、液氯、鹽酸等副產品。目前PVC產能為43.5萬t/a，PPVC專用樹脂產能為9萬t/a。公司技術人員為了達到聚氯乙烯和燒堿等主副產品生產數據的共享和各工序關鍵參數的統一監控，打破崗位界限，成功實現了不同生產模板的數據聯通，建立起全公司生產平衡體系，實現各項原輔料、產成品的產銷平衡監控，且通過關鍵指標的動態監控實現實時監測和報警提示，很大程度提高了生產系統運行的穩定性，節省了數據提取時間，減少了異常情況下的數據分析過程。

1 生產調度系統的開發背景

中國的經濟發展已經進入工業智能化時期，隨著生產技術的不斷深化、生產規模的持續擴大以及市場競爭的不斷加劇，企業現代化管理也愈加復雜。近年來，三友氯堿公司在自動化方面投入加大，單體、聚氯乙烯等生產系統原有的DCS工程師站均已配套更新，導致原有采集輸入生產調度網中的數據無法顯示、大量新投用的技改項目的控制參數也未實現在生產調度網中的更新。為了打造一套精簡高效的生產調度體系，將電石、單體、燒堿和聚氯乙烯樹脂等各生產板塊的關鍵數據整合，構建一套全流程的生產調度網，實現原料、化工生產、電力負荷、產品儲運等核心數據的掌控。公司技術人員通過開發全新的計算程式，將化工生產的投料、運行過程、產品出口等信息重新組網，整合各生產系統關鍵運行參數，精簡生產關鍵控制點。通過調度網數據實現重大危險源數據、消耗點、關鍵參數點和計量點及所有物料產銷平衡的全流程監管，及時發現單點的異常信息，降低事故發生率。

2 生產調度系統的功能

公司采用的是實時數據庫PI系統進行各控制系統模擬量、開關量等實時信息的數據采集。采用PI-Datalink進行報表制作，通過實時數據庫PI系統提供的客戶端工具PI-Processbook，根據用戶的需要自由組態各種中文流程圖畫面，棒圖、參數圖、趨勢圖等，實時顯示各種類型的數據、PI實時數據庫服務器與接口機之間的通訊狀態。網頁發布包括重大危險源監控報表、A級聯鎖報表、車間級工序計量報表、車間級關鍵參數報表、調車間級衡算報表、生產系統實時數據等，利用PI-Processbook工具可通過流程圖、趨勢圖和數據一覽表的方式隨意查詢實時和歷史數據，對各生產流程進行統一的監視和查詢。

2.1 重大危險源數據實時監控及報警功能

公司堅持以先進的安全理念體系為基礎，以安全組織和先進的體系制度為保障，不斷落實安全主體責任制，積極推動生產系統構建安全保障體系，將公司的安全管理模式向科學化、先進性過度，重點對潛在的、可能發生的各種不安全問題及隱患進行分析和提前預防，優先保證各項安全工藝、設施和設備的投入，在確保安全的前提下，追求公司利益最大化。利用數字化信息手段，將安全監控信息錄入調度網絡系統，提升安全管理保障體系。

根據公司重大危險源分級管控要求，電石倉庫、氯乙烯儲罐和聚合釜等均屬于重大危險源管控區域。為加強聚氯乙烯生產系統重大危險源的管理，確保各項中控指標均在安全指標范圍內運行，通過調度網實時數據庫PI系統對DCS數據進行采集和監控，并與現場數據保持同步更新。不僅能夠對異常數據做出準確及時的判斷并采取有效處理措施，而且還能通過調度系統內各項監控指標的歷史運行記錄，查看一段時間內數據變化趨勢，可以通過數控累計來更快更準確發現生產問題，根據生產指標歷史走向做出提前預判和正確決策，提高生產系統的安全性，嚴禁出現超溫、超壓、超負荷現象。

2.2 關鍵參數實時監控報警及工藝連鎖管控

近年來，中國乃至世界范圍內的眾多工業事故都與報警管理不當有關，報警管理一直是化工行業關注的焦點。報警值設置不合理、響應不及時、響應方式不正確、頻繁報警對操作人員造成干擾等，均會導致企業發生不必要的生產損失，使裝置的安全性降低甚至導致事故發生。因此，嚴格按照化工企業報警的管理要求，確保報警系統在正確的時間用正確的方法為操作人員提供正確的信息，為化工企業避免、減小、防止系統的紊亂提供幫助，從而減少財產損失和環境污染，杜絕生產安全事故的發生。

為加強工藝報警管理，減少人為失誤，避免工藝事故的發生，公司遵循《化工企業報警管理實施指南》，對生產工藝中的報警實施全周期管理，包括報警理念、報警識別、詳細設計、實施、運行、監控和評級、變更管理、審核等一系列管理活動。健全預報系統，梳理現有報警系統及精度，密切關注自動化、信息化技術的最新發展方向，提出新增預報系統計劃，引入智能調度網絡系統，實現關鍵技術指標異常的預判，提前進行謀劃，減少人為因素對生產線的干擾，提升管理水平，保障生產系統安全運行。通過關鍵參數監控模塊對全廠物料關鍵參數進行工藝控制指標的高低限設置，可以在調度網上實現對工藝關鍵參數點的報警提示功能，同時可以通過跟蹤各項關鍵指標歷史趨勢的查詢來掌握不同階段指標及生產系統的運行情況，以便技術人員及時做出指標調整，并對異常數據做出準確及時的判斷，采取有效處理措施。

生產調度網聯鎖保護系統用于監視生產系統或單元裝置的操作，在生產過程超出安全操作范圍、機械設備故障、系統自身故障或能源中斷時，能自動產生一系列預先定義的動作，使操作人員和工藝裝置處于安全狀態。保護系統包括生產過程中保證生產裝置安全運行、防止事故發生、避免設備故障損壞的連鎖保護系統；生產裝置中實現設備正常啟停、安全運轉的連鎖系統。通過調度系統聚氯乙烯聯鎖項目的監控，做到實時監控生產運行狀況，異常情況早發現、早處理，減少非計劃停工，避免重大設備故障及人身傷亡事故的發生，為聚氯乙烯生產運行提供有力保障。

2.3 全生產流程生產運行平衡數據動態監控

生產實時數據監控系統作為生產過程控制系統和經營管理系統的中間層，為實現全面信息化提供實時、完整、可靠的數據和應用，實現生產自動化、管理信息化的融合與應用。根據運行負荷、設備參數，給出物料平衡方程，計算結果以圖表的形式直觀體現，較普通DCS更直觀。實現不同系統的數據橫向對比，減少傳統的數據提取、錄入、人工分析的過程，提高工作效率。通過網頁報表的顯示，可以直觀地顯示出公司整體的生產和平衡狀況，生產管理人員可以根據聚氯乙烯產品的產量及銷量的匹配度來隨時調整生產結構，做到產品結構的最優。

公司基于調度網大數據技術的分析系統建立數據倉庫，包括原料原鹽、電石的存儲量、生產運行中中控指標參數、公用工程、燃動力消耗數量等。利用數據挖掘技術，通過統計分析工具，對數據資源進行整合分析，能提供產品生產實時運行負荷、生產氯平衡、產品質量等級等各種分析報告，為企業的生產經營活動提供決策信息。另外，通過調度網內部數據及公式計算來建立關鍵工序負荷統計測評體系，包括燒堿工序產能測評、轉化工序產能測評、PVC樹脂產能測評等。通過以上測評掌握生產系統關鍵工序負荷及運行情況，利于生產運行及負荷的調整。通過對全生產工藝流程中關鍵產品和副產品的流向及存儲量等數據的計算，實現氯堿公司生產中各工序產能的在線實時監控，做到對鹽水產量及電解負荷、鹽酸、次鈉、液氯、單體、管道氯氣、PVC產量等的瞬時分配。通過調度網的開發利用，加強了數據資源的管理，建立了生產負荷測評體系，可使員工更為直觀地了解公司的生產運行狀況。

3 生產調度系統數字化實施效果

3.1 燒堿直流電耗降低

公用工程數據變化直觀地反映各用戶的不同需求量，數字化調度網絡可以錯峰調配公用工程的消耗用戶，減少公用工程支出成本。受疫情影響，公司生產降負荷運行，通過科學匹配燒堿車間各期電解負荷，充分利用二三期電解槽效率高的優勢使其處于高負荷運行狀態，降低其他電解槽運行負荷，最大限度降低直流電耗，2021年上半年燒堿產量及直流電耗數據見表1。

表12021 年上半年燒堿產量及直流電耗數據

由表1數據得出，2021年上半年燒堿直流電耗計劃值為2 149 kW·h/t，通過合理匹配生產負荷，實際運行數值為2 114 kW·h/t，降低了35 kW·h/t。

3.2 副產蒸汽提產

通過數字化生產調度網的開發和使用，實現公司全生產工藝流程的監管和對各生產板塊的關鍵數據整合，生產調度可以實現對全廠水電汽和原材料等資源的錯峰調整、合理匹配，以達到生產效益最大化。實時在線監控燒堿合成爐副產蒸汽量，調整熱水與蒸汽的產比，調峰運行，降低外網蒸汽的使用量，降低外網蒸汽消耗。2021年副產蒸汽數據見表2。

表22021 年副產蒸汽數據匯總表

2021年1-4月副產蒸汽的日均值為509 t，5-11月副產蒸汽的日均值為603t，蒸汽增長量為94t/d，全年蒸汽增長32 900 t。

3.3 產品質量等級提升

公司以問題為導向，以需求為方向，確立了自動化調度網絡信息支撐的全流程閉環管理模式，即市場需求-業務調研-經營策劃-生產運行-問題反饋-功能優化的一系列閉環管理。通過加強對數據資源的管理，提高數據質量，為分析數據信息、利用數據價值，提升專業管理水平，支撐公司決策，推動企業發展奠定堅實的基礎。通過數字化網絡管理，及時跟進市場變化，靈活調整產品結構。

通過數字化調度網絡的作用，及時跟進市場變化，靈活調整產品結構。從PVC樹脂配方管理、產品質量臺賬、關鍵工藝指標等幾方面進行PVC樹脂產品提質。實時監控生產運行及產品質量指標，結合實際生產情況及時發現產品質量波動的原因并采取有效措施，減少產品降等品的產生。2021年通用樹脂及專用樹脂的優級品率/合格品率較2020年均有所提升，樹脂優級品率/合格品率見表3。

表32020 -2021年樹脂優級品率/合格品率匯總%

3.4 企業安全生產管理升級

通過數字化調度網絡的應用，為保證生產運行穩定、提高企業經營質量創造了良好的條件。建立了關鍵工序負荷統計測評、燒堿工序產能測評、轉化工序產能測評和PVC樹脂產能測評等，通過以上測評掌握生產系統關鍵工序負荷及運行情況，排查“三超”問題，保障生產系統安全穩定運行。通過實施生產工藝報警系統監控，規范報警器的報警、記錄、處理及檢查流程，實現報警器規范管理；同時，建立報警器報警月分析制度，通過采取相關措施，減少誤報情況，使報警器切實起到預警作用，保障生產系統安全運行。

對全廠物料關鍵參數進行工藝控制指標的高低限設置，可以在調度網上實現對重大危險源及工藝關鍵參數點的報警提示功能。通過對重大危險源及關鍵參數實時監控，能夠對異常數據做出準確的判斷并采取及時有效處理措施，以保持各工序正常運行，提高生產系統的安全性。

3.5 其他

通過調度網數據跟蹤顯示可以及時調整產品結構，做到生產冗余最優，提高化工系統安全運行系數；實現技術管理人員直接從調度網平臺調取數據，減少車間技術人員的工作強度；更多的管理人員可以參與生產監管，及時發現單點的異常信息，降低事故發生率。

4 結語

信息化水平已經成為企業管理水平和綜合實力的重要標志。三友氯堿公司通過推進調度網數字化管理，打破生產“黑箱”，實現敏捷性生產管理，通過生產可追溯、異常情況及時報警等模板來達到生產績效、人員績效和設備績效的準確分析，保證生產系統高效穩定運行。