信息化輔助生產實戰經驗

金翔宇

(沈陽化工股份有限公司，遼寧 沈陽 110124)

大數據、AI技術已經發展至人們日常工作生活中的各個領域。隨著5G技術的廣泛應用，工業化生產的信息化將是一次巨大的飛躍。在氯堿行業，生產裝置的自動化水平決定著其運行的穩定性。這里所說的穩定性既包含安全平穩運行，又包含品質平穩運行。在目前藍星(北京)化工機械有限公司ZMBCH-2.7電解槽配套燒堿生產裝置中，對于流量、溫度、壓力、流出堿濃度等的自動化控制程度已經非常高，回路控制也接近100%。但在線分析裝置的配套程度相對較低，大多數精鹽水制備控制單元仍采用人工采樣分析。

1 控制點報警值的設置理念

對于擁有DCS控制系統的一線操作人員來說，報警提示是對一些手動控制單元發生偏差后及時調整校正的重要功能。然而報警值的設置是否得當，將直接決定該手動控制單元控制穩定性的高低。

一般來講單一控制點，如溫度、壓力、流量、液位等的報警值設置范圍要低于該點的控制指標。例如：某冷卻單元的溫度控制點指標范圍是75～85 ℃。首先為了防止該控制點超標，要對其設置高限、低限兩個報警值，同時報警值要設置在75～85 ℃；其次，為了給控制過程提供時間保障，報警值的設置要兼顧該控制單元的控制能力以及控制滯后情況(如人工現場控制需要考慮信息傳遞時間以及從接警點至控制點的路程耗費時間等)，基本原則是在報警后即開始實施控制措施，在接下來的5 min內該值不會超過控制指標。假定這個控制點最大溫升速度是1 ℃/min，現場崗位操作人員從工作室到控制閥的時間約0.5 min，開閥時間約20 s。為了保證在5 min之內該溫度不會超標，將高限報值設置為83 ℃。這樣，在正常情況下，該控制點的報警提示是完全可以滿足控制需求的，也就是說報警發生到采取現場控制均在指標范圍內。

控制點發生異常的誘發因素是多樣的。例如，上面舉例的冷卻單元，就取決于換熱設備的換熱能力大小、換熱效率高低、冷卻介質溫度高低、冷卻介質流量大小、管路保溫情況以及環境溫度高低等多方面因素。在控制時要考慮這些因素，根據不同的工況來采取不同的控制方法。可是報警值的設置在一般情況下是不可以修改的，除非該控制點的控制指標并非安全指標，而是優化后的質量指標、能耗指標等，才可以根據具體工況來調整指標范圍以及報警值。

2 通過報警值快速查異

數據庫系統(以下簡稱“PI系統”)的核心內容是大量的數據，這些數據多數采集自DCS中央控制系統。PI系統設計之初會對每一個采集到的數據點的數據的重要性以及該數據所代表流程的能力進行分析，根據重要程度大小以及流程能力的高低，有針對性地設置數據采集頻率，以減小服務器的存儲壓力。

對于氯堿這種連續式生產行業，流程的管理者通常會采取多種方式查找生產過程中存在的問題，在全面掌握生產裝置現狀的情況下，彌補崗位操作人員在操作過程中、交接過程中、巡檢過程中的不足。這其中對于報警記錄的查找和分析是了解現狀、找出異常的重要方法之一。如果能夠把PI系統與報警有效結合起來，可以使管理人員非常快速、全面地查找出報警，從而有針對性地分析原因，尋找解決方法。

DATALINK是PI系統的重要軟件之一，其通過加載項的方式與辦公軟件excel電子表格的有機結合使數據的采集與應用更廣泛更全面。通過創建模板，把整個燒堿生產裝置中各個工序的所有控制點及指標范圍全部列出，通過過濾時間(Time Filtered)功能，計算各個控制點所屬工序在正常運轉過程中符合控制指標的總時間長度，利用這個時長與該工序的運轉總時長相比，得出的比值百分數即可作為報警限值。當比值為100%時，即該控制點在統計時段內無報警。比值越低，說明該控制點在統計時段內發生報警的時間越長。

要實現這個模板的創建，有3個關鍵點要注意。①過濾表達式中各個條件的關系都是邏輯與，包括指標的上下限，這其中只有上限的指標。為了排除異常值帶來的統計錯誤，通常表達式下限不設置為0，要設置為負數。例如某儀表的量程是-200～500，當該儀表所測量的實際值為0時，測量值就很有可能低于0。若將過濾表達式的下限設置為0，則計算出的比值經常會不足100%，從而導致該點提示報警，可是實際查找卻并無報警發生。②要找到能夠有效代表各個工序處在運行狀態的條件。當某個工序發生停車或局部停車時，該工序所屬的指標往往會處于報警狀態，然而這個報警不能夠體現裝置運轉狀況的干擾項，需要在統計過程中將停車或局部停車的時段過濾掉。找到能夠有效代表各工序處在運行狀態的條件是非常重要的，這里一般選取1臺或多臺轉動設備的起停狀態、官網物料壓力、高溫環境的物料溫度等。③加入班組標簽。24 h運轉的企業多采取倒班制，或四班兩倒或四班三倒，班組標簽是后續統計班組工作能力、表現程度的主要依據，所以在統計過程中，給過濾表達式加入班組標簽條件，可以更進一步地細化查異區域，使報警查找更快速，使原因分析更有針對性。

模板創建好后，管理人員每天到達工作崗位后，打開模板，通過一鍵查找，即可顯示過去一個班次或過去一天內所有工序未發生報警的比值，這個比值暫且稱為“無報警率”。當某個工序的無報警率低于100%時，點擊進入該工序的控制點明細標簽，具體查找發生過報警的具體控制點。控制點確定后，打開該控制點所在的流程圖，調出指標歷史趨勢，分析原因，并找出解決辦法。

3 報警查異實戰舉例

3.1 廢氣處理系統壓力波動查異

在燒堿生產流程中，廢氯氣處理裝置使用填料塔循環堿液吸收各個廢氯氣工序送來的廢氣，是必不可少的環保裝置[1]。氯氣的吸收反應過程很簡單：使用風機給整條廢氣處理管線創造負壓環境，加上填料塔堿液的不間斷噴淋，保證廢氣中的氯氣全部與燒堿溶液發生反應生成次氯酸鈉。反應過程中釋放的熱量通過1臺冷卻水換熱器帶出系統，廢氣中除氯氣外的其他氣體(氮氣以及少量的氧氣等)被風機送至系統外。

廢氣處理系統的廢氯氣管線的負壓環境十分重要。一方面，與氯氣相關的工序一旦有廢氯氣產生，能夠全部被吸收處理；另一方面，防止廢氣管線氣密性不良導致氯氣外泄至空氣，污染環境。負壓環境采用壓力單回路控制，取壓點在吸收塔入口管線上，在風機的出口處設置1個吸氣旁路并安裝調節閥，通過閥門開關反作用調節吸收塔入口壓力，壓力報警設置為-3～-1 kPa。日常生產過程中，由于氣量波動較小，該回路在自動控制過程中閥門的開關變化量不大，壓力平穩。

在裝置的正常生產運行中，隨著氯氣吸收量的逐漸增大，循環堿液濃度逐漸降低，次氯酸鈉溶液的有效氯含量逐漸升高。當循環堿液質量濃度降低至1 g/L以下時，為了避免過量的氯氣使次氯酸鈉溶液分解而生成鹽，該槽循環液將停止循環，切換至備用堿液循環槽進行循環。

異常查找：通過查異模板，發現氯氫處理工序的無報警率是99.62%，查找具體控制點，廢氣壓力的無報警率是98.59%。進一步打開廢氣壓力的歷史趨勢與循環槽切換時間進行對比，發現在堿液循環泵停止后，廢氣壓力無異常波動。現場崗位對儲槽的出入口手閥切換操作完畢后，啟動循環泵的瞬間，廢氣系統負壓迅速降低，自動閥門打開速度較慢，導致壓力突然降低，出現低限報警。

原因分析：廢氯氣通入量一定，在停止循環時，進入廢氣吸收塔的廢氣流量沒有變化，原本在吸收塔被吸收的廢氯氣在尾氣塔被吸收，剩余氣體的量沒有明顯變化，吸氣閥門開度略有升高。啟動循環泵時，大量堿液從吸收塔噴淋，迅速大量吸收氯氣使局部形成較大的負壓，導致壓力波動。

解決方法如下。①啟動循環泵時，現場操作人員要聯系中控操作人員，要求其實時觀察廢氣壓力變化情況，必要時手動干預調整。②在啟動循環泵時，要求現場操作人員緩慢打開泵出口閥門，使循環量緩慢提升，以減少瞬間負壓的可能性。③嘗試調整該壓力控制回路的PID參數，縮短該回路在擾動發生時的處理時間。

3.2 溴化鋰冷凍機組性能查異

溴化鋰冷凍機組是通過降低水的沸點，在7 ℃左右蒸發吸熱，給冷凍水提供冷量[1]。在蒸發室蒸發后產生的水蒸氣被溴化鋰溶液吸收，稀溶液通過與濃溶液、蒸汽凝水以及中間液的預熱后，利用蒸汽對其進行蒸發濃縮，蒸發出的水蒸氣在冷凝器冷凝，冷凝過程放出的熱量以及濃溶液多余的熱量通過循環水帶至系統外。

異常查找：同樣通過查異模板，發現3#溴化鋰冷凍機組的冷凍水出口溫度無報警率為96.77%，查看該溫度歷史趨勢，發現機組出口溫度有一段時間高于8 ℃，發生報警。

原因分析：通過對溴化鋰機組的各流程進行排查梳理，以及機組與機組間的指標對比，發現：3#機組的循環水供水與回水溫差較正常值低2 ℃左右，冷凝水溫度較正常值高3 ℃左右。由此判斷該機組冷凝器換熱不良，導致溴化鋰溶液再生不徹底，本該被循環水帶走的熱量沒有完全被帶走，導致制冷效果變差，出口冷凍水溫度出現高限報警。

解決方法如下。①對備用機組的冷凝器進行化學清洗。②適當加大循環水的流量，降低循環水溫度，直至冷凍水溫度離開報警區。

4 結語

以上是通過創建PI報警查異模板后快速查找異常實戰過程的描述。信息化工具準確性更高，計算速度也更快，并且使用簡便，能有效代替人工手動計算是重要方向。信息化對于此類功能性的開發會逐步應用至各個領域、各個層級，使查異更簡單，更精準。