片堿自動化生產改造運行小結

路麗娟，周紅燕

（新疆石河子開發區天業化工有限責任公司，新疆 石河子 832000）

隨著公司片堿生產裝置規模的擴大，生產過程中自動化程度不斷提升，氯堿企業對片堿安全穩定及長周期滿載運行的要求，對自動化控制人員提出了更高的控制目標。從方案設計、控制產品的選型、安裝及日常運行維護等都有了更高的要求，公司現使用控制系統為德國西門子PLC-S7-300系統，但因全公司使用橫河系統的DCS控制系統相對較多，為了維護及產品備件的可替代性、便捷維護性等，將原片堿系統全面改造為橫河西儀公司的CENTUM CS3000的控制系統，使其成為片堿生產系統的總指揮。該系統于2015年3月完成改造的安裝調試與運行，運行期間顯示系統控制安全穩定，能夠達到精準控制，減少后續運行中的隱患，嚴格滿足日常生產要求。

1　片堿生產裝置概述

目前，天業化工有限責任公司采用膜式法生產片狀固堿。此生產工藝是相對較為成熟的，主要是使堿液與加熱源的傳熱蒸發過程在薄膜傳熱狀態下進行。膜式法生產片堿可分為2個階段：（1）堿液從32%濃度濃縮至61%，這個階段可在降膜蒸發器中進行，加熱源采用中壓蒸汽及二次蒸汽并在真空下進行蒸發；（2）61%堿液再通過降膜濃縮器，以熔融鹽為熱載體，在常壓下將堿液濃縮成熔融堿，再經片堿機制成片狀固堿，經片堿包裝線進行小袋包裝。片堿生產工藝流程圖見圖1。

2　CS3000控制系統介紹[1]

圖1　片堿生產工藝流程圖

片堿生產因其生產的連續性、穩定性、安全性，采用控制精度極高的橫河CS3000系列DCS集散控制系統。此套控制系統由不同的域組成，一個域主要包含HIS（人機接口站）、FCS（現場控制站）、VLnet（控制總線）、BCV（總線轉換器）、Ethernet（E網）等設備構成，總共最多64個FCS、16個HIS，其間通過BCV可將域互連，互聯的域最大16個。由于該DCS控制系統提供了面向對象的圖形化工具和完整的過程控制功能庫，組態調用、流程設計、趨勢與歷史記錄設計等功能，并且HIS主要是依據生產所需的操作畫面，利用DCS工控組態軟件中圖形窗口對生產過程進行操作和監視、報警和記錄的，在人機接口站中安裝有系統軟件，將過程數據、報警信息、提示信息、趨勢數據和歷史記錄等其他信息等傳送到上位計算機和工作站，極大的提高了自動化程度。橫河CS3000系統結構示意圖見圖2。

圖2　CS3000系統結構示意圖

3　片堿控制方案設計與實施

在片堿生產中，該公司程序設計人員針對CS3000系統的優勢與工藝人員提出的設計要求相結合，需要實現的主要有常規控制與復雜控制、邏輯與聯鎖控制、順序控制、計算功能等四大塊功能。由于片堿生產屬于連續性生產，根據工藝生產特點和現場流程特點、現場自控設備的應用情況主要使用以下幾種關鍵工序控制方案，現作一簡要介紹。

3.1　常規控制方案

片堿生產中，因其生產特殊性，需要大量溫度、壓力、流量進行指示及提示報警信息。當操作條件和標準條件不同時，需要在操作站中進行報警信息提示執行。其中溫壓補償組態是通過計算功能塊來實施的，如片堿預處理器反應溫度、壓力、進堿液流量的工藝指標的顯示，PVI功能塊的使用是較為常規的。

3.2　復雜控制方案

生產控制中有溫度、流量控制實施時，需要加入計算或串級控制。控制點處于自動控制狀態時，如果出現輸入信號開路狀態時，CS3000系統強制將其狀態置為手動狀態，以確保生產安全的穩定性。比如在進行堿液流量的控制時加入串級控制，使流量控制更加靈敏、符合生產，且使產量更加精確。流量串級控制可使生產操作強度任務的頻繁性大幅度減少。

3.3　聯鎖控制方案

在片堿生產中，因生產控制的復雜性，還需要加入大量的聯鎖控制，以保護生產的穩定性。如在進堿液流量控制中，當預濃縮器（EV-1201）內進堿流量FIR-1201低于8 m3/h時，進堿液流量閥LV-1201關閉延遲180 s自動關閉。當EV-1201液位高高報即LIC-1201達到預濃縮器的液位90%時，閥延時60 s，LV-1201自動關閉；當預濃縮器的液位開關LSAHH-1201（高高報液位開關）報警時，LV-1201調節閥自動關閉。還有如進堿液泵的與備用泵的聯鎖、最終濃縮器的出口閥門的聯鎖設計、預處理濃縮器的液位聯鎖控制等，這些聯鎖控制使生產更加穩定，有效減少了不必要的生產余量流失。

3.4　順序控制方案

在熔鹽貯槽中呈液態在操作期間，由熔鹽泵從底部到頂部通過加熱器的加熱盤管使熔鹽循環流動。通過加熱盤管，燃燒器產生的熱傳遞給循環熔鹽，經加熱器流進最終濃縮器，在10個濃縮單元中與61%的堿液逆向換熱后，回流入熔鹽貯槽，其循環熔鹽量由旁路回流閥調節，整個熔鹽管路系統及熔鹽貯槽設有供開車用的單獨的高壓蒸汽預熱系統，在熔鹽溫度達到240℃之后即關閉。此控制系統加入了大量順序控制思路。在CS3000系統中，順序控制大多通過ST16和擴展塊ST16E來實現。為了便于操作與控制，順序控制有“有步號”與“無步號”之分。當某些特定條件成立時，順序控制會實現相關程序的執行。

4　投用后效果分析

在片堿生產裝置中，橫河DCS控制系統的應用充分發揮了其可靠性、協調性和穩定性。充分體現了由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統的優勢。在此套控制系統中，綜合了通信技術、信息技術、控制技術等合理匹配，分級管理、分散操作、集中控制。如生產監控分組控制可以對各種聯鎖控制、優化計算、順序控制、故障診斷、顯示報警、統計報表等進行一系列的改進與設計，隨著計算機技術的發展，DCS工程師能夠更加方便快捷的完成控制和維護工作，并且可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現更高級的集中管理功能。這些都為片堿控制技術打下了良好的基礎。

5　結語

此套片堿生產DCS自動控制系統自改造完成，投用以來，控制運行穩定、集中控制便捷，且增加了大量優化控制的相關功能，這些都為生產管理、工藝管理提供了良好的數據平臺，可實現生產信息化與工業化的結合，大大提高了工藝指標的穩定性，同時減少了操作人員對現場的誤操作，提高了工藝核心控制的自動化水平。

參考文獻：

［1］趙定國.橫河CS3000系統在PET裝置中的應用.聚酯工業，2010（5）：56～57.