自動化控制系統(tǒng)在電石生產(chǎn)中的應(yīng)用

殷禮濱,周紅燕

1.新疆天能化工(電石)有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000

2.新疆石河子中發(fā)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000

0 引言

我國電石主要用于生產(chǎn)乙炔，然后進(jìn)一步用于生產(chǎn)聚氯乙烯（PVC）、醋酸乙烯等等化工產(chǎn)品。隨著行業(yè)的發(fā)展，電石生產(chǎn)工藝因其生產(chǎn)的特殊性及其在安全生產(chǎn)方面的風(fēng)險性。其生產(chǎn)裝置迅速向大型化方向發(fā)展，其優(yōu)勢如穩(wěn)定安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低勞動力成本等等，生產(chǎn)設(shè)施的大型化要求設(shè)備之間具有更好的協(xié)調(diào)性，從而避免因停機(jī)停產(chǎn)所帶來更大的損失。[1]計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，自動控制理論和技術(shù)在現(xiàn)代化大中型工業(yè)中高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也愈來愈深入。如何將自動控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化化工企業(yè)中安全、穩(wěn)定、合理地應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率，從而促進(jìn)大型化工行業(yè)的自動控制系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，已經(jīng)成為自動化生產(chǎn)控制中的首要問題。我公司電石生產(chǎn)能力較大，配套自動化控制系統(tǒng)為功能強(qiáng)大的DCS集散控制系統(tǒng)。自投運(yùn)以來，此套DCS集散控制系統(tǒng)有效地改善了電石生產(chǎn)工藝的自動化操作水平，運(yùn)行效率高，不僅使產(chǎn)品產(chǎn)量得以提高，而且有利于安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)，大大改善了操作環(huán)境及強(qiáng)度。從而取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 工藝過程

電石爐的簡單工藝流程大致為:首先把符合電石生產(chǎn)需要的兩種主要基本原料:將檢定合格的石灰和焦碳，按規(guī)定爐料的混合配比經(jīng)計(jì)量配料，均分后經(jīng)過下料管向電石爐內(nèi)加料。爐料在電爐內(nèi)經(jīng)過電極電弧和爐料的電阻熱反應(yīng)一定時后生成電石[2]。

2 控制方案

氧化鈣和碳素材料憑借電弧熱和電阻熱在1800℃～2200℃的高溫下反應(yīng)而生成碳化鈣，電石爐是獲得高溫的最好設(shè)備，能量非常集中。碳化鈣的生成反應(yīng)為一吸熱反應(yīng)，為完成此反應(yīng)必須供給大量的熱能，從而消耗大量的電能。實(shí)際上，工業(yè)電石爐生產(chǎn)1t電石所消耗的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了理論計(jì)算所得的數(shù)值，一般地生產(chǎn)1t電石的電耗電損失主要有以下幾個方面:電石爐中有許多副反應(yīng)存在，且大部分副反應(yīng)都要消耗熱量；電石爐氣和被爐氣帶走的粉塵及出爐電石所帶走的電熱部分也較大；消耗在電爐變壓器、短網(wǎng)、電極的熱以及通過爐體熱損失的部分電損等。因此電流、電壓及電阻的控制相當(dāng)關(guān)鍵。為了使電石爐處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，除出爐系統(tǒng)需人工操作外，其他所有系統(tǒng)都由計(jì)算機(jī)自動化控制，如:配料、上料、加料、電極壓放、功率調(diào)節(jié)、爐壓控制、變壓器及料位系統(tǒng)的監(jiān)控報警、冷卻水、煙氣凈化控制報警等等。

2.1 常規(guī)控制

由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它依據(jù)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行實(shí)時采樣的簡單控制、數(shù)字PID控制器的采樣偏差控制等對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集進(jìn)行中控控制。在電石生產(chǎn)中，電石爐是否能夠達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗，關(guān)鍵取決于電石爐的功率因數(shù)，電流、電壓、電阻等，以前常規(guī)操作的一些控制，可解決操作人員勞動強(qiáng)度的問題。

常規(guī)控制方案的實(shí)施中包括設(shè)置操作便捷畫面及管理畫面、設(shè)置周密的安全防范權(quán)限、報警功能、趨勢與報表功能良好的開發(fā)及擴(kuò)展功能，如依據(jù)電石爐的生產(chǎn)工藝可分為四大操作畫面:配料系統(tǒng)、電極控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、爐氣凈化系統(tǒng)。操作極為方便，能夠滿足操作人員的需求，并且保證了安全生產(chǎn)。

2.2 復(fù)雜控制

在電石生產(chǎn)中，因爐料質(zhì)量較差，會導(dǎo)致料面燒結(jié)，透氣性不好，產(chǎn)生紅料層和熔洞，結(jié)果出現(xiàn)爐蓋溫度偏高，進(jìn)而導(dǎo)致爐蓋和電極零部件的燒損，停爐次數(shù)增多，設(shè)備利用率低。電極壓放系統(tǒng)故障多，導(dǎo)致電極折斷事故多。操作困難，爐壓不穩(wěn)，負(fù)荷波動大。電極很難深入料層內(nèi)，生產(chǎn)效果差。對電極的控制非常關(guān)鍵。因此電極的壓放及升降控制是一非常復(fù)雜的控制。除此，電石爐系統(tǒng)控制中還有許多聯(lián)鎖控制。如凈化系統(tǒng)聯(lián)鎖風(fēng)機(jī)的啟停控制中關(guān)于風(fēng)機(jī)啟停的聯(lián)鎖控制；凈氣排氣閥與供氣閥的聯(lián)鎖控制等等。

3 運(yùn)行效果

新疆天能化工（電石）有限責(zé)任公司電石生產(chǎn)裝置配套的自動化控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。使電石爐操作便捷化、數(shù)據(jù)化、直觀化。充分運(yùn)用自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，在操作界面上將電石爐相關(guān)設(shè)施的關(guān)鍵工藝參數(shù)及控制參數(shù)以極其明晰的方式表現(xiàn)出來，且以不同的圖形界面及色彩式樣進(jìn)行區(qū)分，實(shí)時更新、實(shí)時操作及分析。

同時，電石爐的電極操作是極為重要的操作控制。在電石爐采集趨勢調(diào)用的基礎(chǔ)上，具有強(qiáng)大的操作分析要求，為解決電極長度及其自動升降與壓放操作控制難題，對控制系統(tǒng)內(nèi)部根據(jù)電極長度、位置與距離（電極端頭至爐底）、現(xiàn)場負(fù)荷等參數(shù)進(jìn)行全系統(tǒng)分析，以求電石爐達(dá)到運(yùn)行與操作最優(yōu)化。

其次，可依據(jù)控制系統(tǒng)自帶的系統(tǒng)組態(tài)、趨勢曲線及參數(shù)計(jì)算分析功能，對電石爐現(xiàn)場采集的各種所需儀電和工藝狀態(tài)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行變量定義、實(shí)時采集、動態(tài)分析等。綜合且預(yù)見性地分析了電石爐全部變量參數(shù)，為操作人員提請更詳細(xì)的參考技術(shù)及數(shù)據(jù)預(yù)知依據(jù)；

最后，在此套控制系統(tǒng)中，操作電阻因其工藝的特殊性，也被列入自動優(yōu)選參數(shù)內(nèi)，且全部裝置處于負(fù)荷較大的運(yùn)行狀態(tài)，為使其更加穩(wěn)定，同時為使操作電阻達(dá)到與工藝的最佳匹配狀態(tài)，避免因爐況現(xiàn)狀的波動而進(jìn)行頻繁調(diào)整，此套自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)正常穩(wěn)定的情況下完善了各種復(fù)雜化操作控制，使電石爐的各項(xiàng)控制方案及指標(biāo)均領(lǐng)先于同行業(yè)水平。

4 結(jié)論

此套電石裝置配套自動化控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，生產(chǎn)非常穩(wěn)定，自動化控制程度較高，提高了電石生產(chǎn)裝置的總體性能，控制功能得到完善和提升，運(yùn)行效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)約了原輔材料。并且使操作員工脫離了現(xiàn)場粉塵、氣體等惡劣的工作環(huán)境，勞動強(qiáng)度也大大降低。也使生產(chǎn)工藝更加合理，其控制精度亦可滿足工藝需求，避免了各種環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[3]。

[1]劉金龍.PLC 控制系統(tǒng)在化工自動化系統(tǒng)中應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2011(20).

[2]劉東.電石爐的生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵設(shè)備分析[J].科技信息，2010(35).

[3]劉月菊,宋陽.DCS控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)化精餾系統(tǒng)中投運(yùn)總結(jié)[J].聚氯乙烯，2005(3).