DCS在硫銨生產及輸送中的應用

周鑫

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

硫銨單元是己內酰胺生產裝置的主要單元之一。環己酮肟在發煙硫酸作用下，發生Beckmann重排反應，生成己內酰胺。重排反應產物粗己內酰胺及過量發煙硫酸進入中和結晶系統，在硫銨裝置內實現己內酰胺與過量發煙硫酸的分離。為達到分離目的，重排液中的硫酸需使用氨中和，生成硫銨。化學反應式如式(1)所示：

(1)

反應生成的硫銨通過結晶從液相中分離出來，硫銨生產流程如圖1所示。

圖1 硫銨生產流程示意

1 控制方案簡介

硫銨生產主要包括中和結晶和硫銨干燥兩個生產過程。在中和結晶生產過程中，需要控制重排液進料和氣氨進料的質量流量，通過進料管路上的流量控制閥調節進料流量，設置單回路控制。同時為達到兩種進料的物料平衡，在控制系統上設置兩種進料的雙閉環比值控制。

在硫銨干燥過程中，由就地PLC直接控制離心機，DCS通過與PLC通信間接控制離心機。經由離心機進行固液分離后得到的潮濕硫銨進入到流化床后，需要控制流化床的溫度，使硫銨產品達到最優的干燥狀態，通過調節流化床入口的蒸汽進量來控制流化床內部的溫度。控制系統結構如圖2所示。

圖2 DCS控制結構示意

1.1 中和結晶生產過程

經過Beckmann反應后，重排液與氣氨一起進入中和結晶器，反應生成的硫銨漿液分別進入到對應的稠厚器。中和結晶過程的2個重要原料重排液和氣氨的進料流量在DCS中采用PID控制，其中主控制回路為重排液質量流量，副控制回路為氣氨質量流量，2個控制回路構成雙閉環比值控制系統。根據生產過程需求，需要滿足進料重排液質量流量與氣氨質量流量的比值約為1∶5，所以該處比值設定為0.2，以此來滿足穩定的匹配與進料狀態。

在中和結晶反應過程中，較重要的為物料的進料平衡，均為單回路控制，在DCS上設置PID控制器即可調節。涉及相關物料進出閥門、機泵以及反應器的聯鎖邏輯控制，特別是報警等所帶來的聯鎖需求，在DCS中進行相關設置。

1.2 硫銨干燥過程

在得到中和結晶產物硫銨漿液后，要進一步分離干燥，才能得到干燥的硫銨粉末成品。

1.2.1離心機控制及聯鎖設置

根據工藝需求共設置了3套離心機接收上游硫銨漿液，正常運轉時，離心機采取“兩開一備”，輪流交替進行工作。

離心機采用PLC控制，通過ModBus 485通信協議將整體運行狀態上傳到DCS，由DCS做上層監控。為了信號傳輸的穩定安全，離心機部分重要的狀態檢測信號，通過硬接線的方式接入到DCS機柜室，由DCS進行監控并且聯鎖控制。當離心機出現正常運行停止狀態或者聯鎖停機時，在DCS側會聯鎖關閉離心機的進料控制閥。離心機的運行過程狀態及聯鎖見表1所列。

1.2.2流化床干燥控制

流化床干燥過程共設置2套流化床，流化床A接收離心機A和B的物料，流化床B接收離心機C和B的物料，2套流化床同時運轉工作，由于流化床成套所配帶的儀表和閥門較多，并且這些儀表和閥門并未在一個完整的撬塊上，所以該部分的控制并沒有配置流化床專用的就地PLC控制器，所有儀表和閥門的監控均在DCS上來完成。

表1 離心機的運行狀態及聯鎖

在流化床干燥過程中，主要需要控制流化床的溫度，通過蒸汽量來調節，通過蒸汽閥的調節使流化床溫度平衡到工作溫度，該處采用單回路控制。另外，流化床的出口風壓力需要保持一個微負壓的狀態，該處通過流化床的出口引風機來調節壓力，組成一個單回路的壓力控制結構。流化床的風機由馬達控制中心(MCC)直接控制，部分信號由DCS來監控。DCS通過硬接線的方式獲取風機的運行狀態故障、運行狀態監測等信號，并進行間接的停止和速度調節控制。

風機上帶有溫度測量傳感器，信號直接接入DCS中，在DCS中進行監控和報警設置；同時每套風機配置了2個振動傳感器，也直接接入DCS進行監控和報警設置。

2 硫銨輸送過程控制

流化床干燥后的硫銨經傳送帶輸送至料倉中存儲，共設置6個料倉來滿足不同包裝規格的硫銨包裝生產。由于硫銨輸送工段存在粉塵，所以在輸送流程內的所有設備并未設置就地控制器，以免因粉塵造成就地控制器的故障以及維護不便。這些成套設備又由不同供貨商供貨，設備間無法完成就地的連接通信以及控制，所以這些設備的控制均由硬接線的方式接入DCS，由DCS完成直接監控。其中，料倉的工作狀態沒有信號傳輸至DCS，需要通過犁式卸料器的工作狀態來判斷料倉的工作狀態，見表2 所列，其中O代表犁式卸料器運行，X代表犁式卸料器未運行。

表2 料倉運行邏輯判斷

由表2可知，硫銨輸送過程通過在DCS上的順控設置來完成對這些設備的控制和狀態監測，以及整個輸送過程的控制，滿足硫銨產品送至目的料倉同時減少現場環境粉塵的目的。

3 結束語

在整個硫銨生產與輸送過程中包含有大量的成套設備，并且來自不同的供貨商，設備間由于內在和外在的原因無法實現就地有效地連接通信，利用DCS控制系統可以有效地提高生產效率，確保系統運行正常、穩定，不但節約了設備及生產控制的成本，還使整個硫銨生產及輸送過程的可靠性及便利維護得到了保障。