清水劑生產自動化改進

王立尚

（中海油（天津）油田化工有限公司,天津 300400）

1 清水劑自動化的工藝要求

1.1 反應釜生產工藝流程

1）抽料：中控人員啟動程序后，聚合釜自動抽真空，當壓力低于X kPa后，聚合釜自動開啟釜底閥，現場人員抽料。現場人員抽料完畢通知中控人員，中控人員點擊“抽料結束”選項，系統自動關閉釜底閥，開啟攪拌，并持續抽真空Xmin。

2）氮氣置換：聚合釜抽真空Xmin完畢，系統自動進入氮氣置換程序，同時系統提示“R***開始氮氣置換”過程為抽真空至XkPa以下補氮氣至XkPa以上為1次，反復X次，氮氣置換X次后，系統自動維持聚合釜壓力在XkPa～YkPa之間，同時提示“R***氮氣置換結束”。

3）第一次升溫：升溫，系統提示“R***開始升溫”，控制溫度X±Y℃，當溫度在X℃以上時開始攪拌計時30min，攪拌開始和結束時，系統均做攪拌提醒。系統自動維持聚合釜壓力在X～YkPa之間。

4）第二次升溫：低溫攪拌計時到后，系統自動開始給聚合釜升溫“R***開始升溫”，控制溫度X～Y℃之間。系統自動維持聚合釜壓力在X～YkPa之間。

5）滴加催化劑：聚合釜溫度達到X℃時，系統提醒“R***開始滴加催化劑”，中控人員啟動“滴加催化劑”程序，系統開始滴加催化劑；滴加過程，聚合釜溫度系統控制在X～Y℃，壓力X～YkPa之間，超出溫度范圍，暫停滴加程序，待溫度恢復至范圍內，催化劑恢復滴加；滴加速度為X kg/min；滴加程序啟動后，當高位槽壓力低于X kPa，重量低于Xkg時，滴加程序自動結束，同時系統提示“R***滴加催化劑結束”。

6）反應過程：催化劑滴加結束后，持續攪拌，并對聚合釜充入氮氣，使釜內壓力保持在X～YkPa，控制溫度在X～Y℃，整個反應時間計時X個h。

7）熟化：在反應計時Xh后，程序自動關閉攪拌，保持釜內壓力在X～Y kPa之間，控制溫度在X～Y℃之間(怎么控制)程序控制，低于X℃升溫，高于X℃降溫，保溫保壓Xh，使釜內物料充分熟化。熟化期間攪拌每隔Xmin開啟攪拌Xmin。

8）冷卻：熟化結束后，程序進入冷卻階段，系統提示“R***開始冷卻”,系統自動開啟循環水進水閥和回水閥，將物料溫度降至X℃以下，系統提示“R***冷卻結束”。

9）移液：中控人員啟動移程序，聚合釜自動開啟釜底閥；聚合釜自動補充氮氣，壓力維持在X～Y kPa；當聚合釜壓力低于X kPa，移液結束，系統關閉聚合釜的釜底閥，關閉氮氣閥，提示“R***生產過程結束”。整個聚合程序到此結束。

1.2 高位槽生產工藝流程

1）抽料：點擊“抽料”，高位槽開始抽真空；點擊“抽料完畢”，高位槽持續抽真空，當壓力在X kPa以下，計時X min，提示“開始氮氣置換”。

2）氮氣置換：開始氮氣置換X次，X次后，提示氮氣置換結束。

3）滴加：氮氣置換結束后，提示“等待滴加”，當R***程序提示“R***開始滴加催化劑”時，點擊“滴加催化劑”，開啟催化劑滴加的氣動閥和調節閥。滴加程序通過調節閥調節滴加速度，Xkg/min；滴加過程，聚合釜溫度系統控制在X～Y℃，壓力X～Y kPa之間，超出溫度范圍，暫停滴加程序，待溫度恢復至范圍內，催化劑恢復滴加；滴加程序啟動后，當高位槽壓力低于X kPa，重量低于X kg時，滴加程序自動結束，同時系統提示“R***滴加催化劑結束”。

2 清水劑工藝生產現狀

2.1 自動控制設備現狀

目前現場安裝的自動控制設備主要是氣動閥和調節閥。氣動閥門主要控制負責對真空、氮氣、滴加、循環水、排水管線的開關控制。調節閥主要負責對滴加、蒸汽管線的開度控制。監測設備主要使用壓力變送器和熱電阻。壓力變送器主要監測反應釜和高位槽的壓力。熱電阻主要監測反應釜內溫度和排水管線閥汽溫度。現場安裝的設備比較齊全。這樣就為生產過程自動化提供了前提條件。

2.2 工藝生產過程控制現狀

目前工藝生產過程控制主要以人工控制為主，自動控制為輔。例如抽料過程，真空氣動閥，釜底氣動閥需要人工從DCS控制系統操作站手動開啟。抽料完成后，手動關閉釜底氣動閥，真空氣動閥然后進行下一步操作。再比如滴加過程中高位槽需要控制氮氣閥保持壓力，維持比反應釜的壓力高于XkPa，并且高位槽壓力始終低于XkPa。這樣就需要人工手動控制DCS系統操作站開關氮氣氣動閥。操作人員需要同時控制好幾個反應釜，這樣就對操作人員形成了巨大的壓力，也不利于控制品質的保障。

自動控制方面，目前僅有反應釜和高位槽的氮氣置換程序，反應釜的移液排出程序。其他的工藝控制例如：攪拌時間控制、溫度控制、壓力控制等均依賴人工手動控制。

3 自動化改進

3.1 程序設計

本次改進是基于橫河DCS控制系統的程序編輯，使用ST16順序控制表作為反應釜和高位槽的控制模塊可以提高編程效率減少調試時間。因此，選擇ST16模塊作為程序的主要控制模塊。根據系統應用技術手冊，選擇TM計時器模塊作為時間計算模塊，選擇RL比較模塊負責數據比較，選擇BDSET-1L數據塊進行數據的儲存。

經過總體的設計本次程序編輯共計需要4個ST16順序控制模塊，其中高位槽和反應釜使用2個ST16順序控制模塊，反應釜在反應期間的溫度控制和壓力保持各使用1個ST16模塊。使用3個RL比較模塊。使用5個TM計時器模塊。使用1個BDSET-1L數據塊。通過對系統軟件資源的梳理，系統可以滿足本次程序編輯的功能可使用。

同時反應釜控制主程序可以通過相應的不同的內部開關按鈕調用氮氣置換，壓力維持，溫度控制，加熱，冷卻等子程序。

3.2 程序編輯

以反應釜的主控程序編輯過程為例：ST16位橫河DCS順序控制模塊，可采用步序進行編輯，“→”前面為條件，后面為執行。

反應釜主控程序編輯ST16順序控制程序編寫：步序1：自控程序按鈕啟動→自控程序按鈕復位，真空閥變為自控狀態，閥門CSV狀態變為2（打開狀態）進入步序2。

步序2：比較模塊RL的第一比較組調用，反應釜壓力變送器PI104W監測值低于X kPa→釜底氣動閥狀態變為AUT，CSV狀態變為2（打開），抽料過程標志按鈕值變為1，按鈕標志字體變紅。進入步序3。

步序3：抽料結束按鈕啟動→釜底氣動閥狀態變為AUT，CSV狀態變為0（關閉），抽料結束按鈕復位，攪拌MT101W狀態變為AUT，CSV狀態變為2（打開），抽料后真空計時器TM-1狀態變為START，計時器開始計時。進入步序4。

步序4：計時器TM-1時間到達，狀態為CTUP→氮氣置換按鈕啟動調用氮氣置換子程序，操作提示按鈕%OG004的PV值變為NON，提示一次氮氣置換開始，氮氣置換標志按鈕變為1，按鈕標志字體變紅。進入步序5。

步序5：氮氣置換程序結束，按鈕PV值復位→氮氣置換標志按鈕復位，壓力維持按鈕啟動，壓力維持子程序啟動，升溫和攪拌計時按鈕啟動，冷卻按鈕關閉，冷卻子程序停止，加熱按鈕啟動，子程序。進入步序6。

步序6：調用比較模塊RL，第4、5、6比較組，當溫度檢測TC101W大于X℃，或者TC101W大于X℃且溫度變化率DT大于X℃/S→加熱按鈕復位，加熱子程序停止。進入步序7。

步序7：調用比較模塊RL，第4比較組，當溫度檢測TC101W大于X℃→啟動升溫后攪拌計時按鈕，TM-2計時器啟動。進入步序8。

步序8：TM-2計時器時間到達，TM-2計時器狀態為CTUP→升溫計時按鈕PV值置為0，升溫標志位按鈕PV值置為1，字體變紅。進入步序9。

步序9：無條件→加熱按鈕啟動，加熱子程序啟動。進入步序10。

步序10：溫度檢測TC101W大于X℃→加熱按鈕復位，加熱子程序停止。進入步序11。

步序11：溫度檢測TC101W小于X℃，大于Y℃→升溫標志位復位，溫度控制模塊開關開啟，溫度控制子程序開啟。進入步序12。

步序12：高位槽程序滴加標志位按鈕開啟→滴加接受標志位按鈕開啟，操作提示%OG0047激活，滴加開始操作提示顯示一次。滴加氣動閥狀態變為AUT，CSV狀態變為2（打開）。進入步序13。

步序13：滴加接受標志位按鈕復位（高位槽滴加過程結束）→滴加氣動閥狀態變為AUT，CSV狀態變為0（關閉）。滴加后反應計時器TM-3啟動，進入步序14。

步序14：滴加后反應計時器TM-3時間到，狀態為CTUP→溫度控制模塊開關關閉，滴加接受標志位開關關閉，熟化攪拌標志位開關打開，熟化攪拌計時子程序啟動，進入步序15。

步序15：熟化子程序結束，熟化開關關閉→熟化攪拌標志開關關閉，冷卻標志位開啟，冷卻操作提示激活一次，冷卻開關打開，冷卻子程序啟動，壓力維持開關關閉，壓力維持子程序，進入步序16。

步序16：溫度檢測TC101W小于X℃→冷卻開關關閉，冷卻子程序關閉，冷卻標志位開關關閉，冷卻結束操作提示激活一次，移液排出標志位開關開啟，進入步序17。

步序17：移液排出開關打開→進入步序18。

步序18：比較模塊RL的第16比較組調用，反應釜壓力變送器PI104W監測值高于X kPa→進入步序19。

步序19：比較模塊RL的第16比較組調用，反應釜壓力變送器PI104W監測值低于X kPa或者結束移液開關打開→結束移液開關關閉，移液排出結束操作提示激活一次，進入步序20。

步序20：無條件→移液排出標志位開關關閉復位，移液排出按鈕關閉復位，進入步序1。等待下一次程序開啟。至此主控程序邏輯全部結束。

3.3 使用效果

程序編輯后通過模擬調試，水試和實驗性生產。目前已經投入應用，使用效果很好。在滿足全部工藝要求的前提下，大大的降低了操作人員的操作壓力。反應釜和高位槽從抽取原材料到，完成生產僅僅需要7次確認性操作。分別是高位槽抽料開啟，抽料結束，滴加開始，反應釜自控程序啟動，抽料結束，移液開始，移液結束。

經過一段時間的使用，自動化改進比較成功，產品生產過程控制的品質明顯上升，產品質量得到了有效的保障。