淺談先進控制在碳化過程的應用

摘 要：純堿裝置是化學工業中最復雜的控制對象之一，尤其是碳化單元，其被測介質由氣、液、固三相組成，同一設備存在制堿和清洗兩種狀態，在一定程度上限制了自動化水平的提高，因此有必要針對碳化裝置的特性進行生產過程優化控制，進一步提高碳化生產的控制水平。

關鍵詞：碳化過程 先進控制

中圖分類號：TQ114.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0063-01

1 實施范圍

“碳化工序先進控制和優化”項目采用APC-Adcon先進控制軟件，對碳化工序25座碳化塔實施先進控制和優化，達到平穩生產、優化操作、優質低耗、安全生產的目的。實施范圍如下。

（1）建立五組（25座）碳化塔“制堿”階段的先進控制和優化系統；（2）建立五組（25座）碳化塔“清洗”階段的先進控制和優化系統。

2 先進控制的目標

（1）提高裝置綜合自動化水平，穩定生產工況、改善工藝指標，提高主要工藝參數的平穩度，標準方差減少幅度40%以上；（2）基于裝置的平穩操作，通過“卡邊”控制，在保證出堿液質量指標和出堿總量的前提下，挖掘生產裝置的潛力，提高生產裝置的整體運行的經濟效益；（3）控制系統要安全、可靠，能連續穩定運行，不能出現故障，正常情況下，確保先進控制系統的投運率在90%以上；（4）穩定純堿質量，碳化結晶沉降時間不高于目前水平；（5）獨立完成與DCS之間的數據通訊，實現先進控制系統的冗余運行，具備良好的病毒隔離性能，保證先進控制與現有控制系統無擾動切換；（6）實現各清洗塔中和水溫度及塔壓等的先進控制。先進控制投運后，有效地改善碳化過程的物料平衡，平穩過渡的操作；（7）降低操作人員的勞動強度。

3 先進控制平臺架構

4 先進控制實施方案

4.1 碳化塔制堿過程控制器的功能

中部溫度-總出堿量子控制器：通過動態調節中段氣流量、下段氣流量、出堿流量，克服中段氣壓力波動的干擾，在盡量保持最大總出堿量的條件下實現對17圈溫度的約束控制，并根據各碳化塔的運行工況進行生產負荷的動態分配，保證產品質量。

出堿溫度子控制器：通過動態調節冷卻水調節閥開度，克服冷卻水溫度及壓力、出堿流量波動的干擾影響，平穩控制出堿溫度，以保證結晶質量，穩定碳化轉化率。

塔況智能診斷專家控制器：通過總結實際操作經驗建立制堿塔中部溫度分布（12圈、17圈、23圈溫度）專家控制系統，系統根據制堿塔內的溫度分布情況、尾氣壓力變化等判斷制堿塔內碳酸化反應段是否出現上移或下移以及冒塔，及時合理調節中和水進塔流量、中段氣流量、下段氣流量、出堿流量等控制手段，實現對反應段位置的有效控制；建立各塔塔底壓力高限智能監控系統，一旦塔底壓力超過設定高限，系統能夠及時自動調節中和水進塔流量及出堿流量，適當降低塔內液面，防止因碳化尾氣總管壓力突變或過高時損壞設備，有效防止冒塔事件發生；針對夏季生產因冷卻能力不足而導致出堿溫度過高的現象，建立出堿溫度和出堿流量的協調約束控制，防止出堿溫度過高而影響碳化轉化率。

4.2 碳化塔清洗過程控制器的功能

塔底壓力子控制器：通過動態調節氨鹽水進塔調節閥開度，克服碳化尾氣總管壓力波動的干擾，實現對塔底壓力的平穩控制，穩定塔內液面高度，從而平穩清洗氣、中段氣的進塔流量，為清洗塔的清洗和預碳化過程提供良好的運行環境。

中和水溫度子控制器：通過動態調節冷卻水調節閥開度，克服冷卻水溫度及壓力波動的干擾影響，平穩控制中和水溫度。

中和水CO2濃度子控制器：系統能夠根據生產運行負荷的大小即進清洗塔氨鹽水流量的大小合理調節清洗氣、中段氣進塔流量，實現對中和水CO2濃度的平穩控制。

5 結語

碳化工序生產過程先進控制和優化可以有效地抑制外部擾動，合理動態調節碳化塔制堿過程和清洗過程中的各操作變量，平穩碳化塔關鍵工藝指標，提高碳化轉化率和產量，達到裝置效益最佳的經濟目標。同時可以降低勞動強度，提高生產裝置工藝參數的平穩性，也達到了節能降耗的要求。