雙氧水項目智能控制技術應用

于娜娜, 丁 瑞, 楊賽賽

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司新建20萬t/a產能雙氧水項目,利用醌類物質可以被氫化還原再重新恢復為醌的特性,以烷基蒽醌衍生物為載體,在鈀觸媒催化劑作用下完成氫化,并氧化生成過氧化氫[1],其工藝流程包含提氫、氧化、萃取凈化和后處理工序。項目于2021年開始建設,2022年5月投產,項目建設時廣泛應用了自控閥、在線分析儀、界面計、視頻監控等智能儀器儀表,并對電源系統、儀表管理系統、操作控制系統進行了智能控制技術的應用和優化。

1 智能控制應用

1.1 電源系統

電源系統作為整套裝置的動力系統,為控制系統的軟硬件運行、操作站的使用、現場儀器儀表設備的穩定輸出持續提供動力支持,是裝置安全穩定運行的核心單元。該雙氧水裝置的控制系統采用不間斷電源(UPS),為保證系統穩定性,UPS為雙路配置設計。為消除UPS系統因人員巡檢不及時,故障報警信息不能及時發現、及時響應的問題隱患,將UPS系統狀態、運行情況、各測點溫度等實時運行數據上傳至控制系統操作畫面,并利用控制系統報警設置功能,實現對UPS系統運行狀態的實時監控,確保電源系統的安全穩定。

1.2 儀表管理系統

為實現對現場智能儀表設備的統一集中管理,控制系統集成了和利時設備管理軟件(HAMS V3.6.0),其設備管理流程見圖1。該設備管理軟件的主要功能為：(1) 調零校準和管理現場所有可支持智能儀表設備;(2) 遠程組態修改所管理的現場儀表設備的所有功能參數;(3) 實現對在線管理設備運行狀態的實時監控并自動進行異常情況報警;(4) 對現場所有智能儀表實現設備臺賬和操作日志一站式集中管理。通過設備管理系統的應用,可對現場儀表設備定制維護管理計劃,進行及早預警及早干預,提高設備維護的及時性,極大減少設備維護的工作量和便協性,提高裝置智能化。

圖1 HAMS V3.6.0設備管理流程

1.3 控制系統

雙氧水產品生產過程中原設計采用現場可編程邏輯控制器(PLC)程序控制處理雙氧水尾氣的膨脹機組和尾氣處理機組,但PLC程序控制存在一定弊端：操作人員無法直觀了解機組運行情況;機組運行狀態的實時數據無法被記錄,有異常情況時無法根據歷史趨勢對其進行分析和原因查找;當機組出現跳車等意外情況時無法第一時間察覺并及時做出響應。鑒于以上原因,更改原有設計,將膨脹機組和尾氣處理機組運行數據全部接入集散控制系統(DCS)實現集成管理和集中控制,對于膨脹機組轉速、振動、潤滑油油壓等聯鎖儀表點提升安全系數,采用三取二控制邏輯。對尾氣處理機組的順控程序進行優化,將運行狀態、運行步驟在畫面進行實時顯示,并在原有基礎上增加在運行過程中的暫停功能,畫面添加 “暫?！卑粹o,以實現尾氣處理機組運行過程中異常情況下,人為干預校正的主動性和可操作性。通過控制系統優化,實現了對膨脹機組和尾氣處理機組運行狀態的實時監控,提高機組運行的穩定性和安全性。

2 智能儀表應用

為適配裝置智能控制應用,提升裝置自動化水平,裝置安裝設計時分別從自控閥、在線分析儀、界面計、視頻監控等方面著手,通過廣泛應用智能儀器儀表,優化儀表選型,調整儀表取樣點位等方式,進一步提升裝置智能化水平。

2.1 自控閥

經不斷分析論證并結合工藝生產控制要求,將原有部分手動閥門改換成自動調節控制閥。通過增加裝置現場自控閥門數量,減少開停車及日常生產維護過程中現場操作人員數量以及勞動強度,提高裝置的自動化程度。通過對每一個自調回路比例-積分-微分(PID)參數的不斷反復調試,以期實現先進過程控制(APC)效果,實現現場102臺自調閥的全自動調節控制,進而實現對裝置各壓力、溫度、流量、液位、界面等參數的全自動調節控制,最大程度地減少工藝操作人員的工作強度,降低人為操作失誤的概率。

2.2 在線分析儀

在生產現場連續進行分析產品質量特性的儀表稱為在線分析儀表[2]。在公司前3套雙氧水裝置維護經驗的基礎上,為實現對雙氧水品質、工作液狀態的實時監控,新增萃取塔出口雙氧水濃度在線分析、產品泵出口濃縮雙氧水濃度在線分析、氫化液儲槽入口氫蒽醌含量在線分析、氧化塔出口氫蒽醌含量在線分析、萃取塔出口雙氧水顆粒含量在線分析、工作液調溫器入口工作液中水分分析、萃余液雙氧水含量在線分析,實現對雙氧水生產過程全流程的品質監管。新增在線分析儀詳細點位見表1。

表1 新增在線分析儀詳細點位表

2.3 界面計

界位是指在容器中2種密度不同、互不相容的介質的分界面所處的位置,界面計就是測量界位的測量儀器[3]。針對雙氧水裝置萃取塔界面、凈化塔底部界面、濃縮凈化塔界面、工作液聚結器底部界面等重要界面點位以及界面測量中易失準的情況,采用更具測量優勢的磁致伸縮液位計,并且在原有設計的基礎上每個界面點新增2臺界面計,控制邏輯上使用安全系數更高的三取二聯鎖進而降低界面測量的故障率,提高測量的準確性和可靠性,保證生產過程控制的穩定性。

2.4 視頻監控

對于雙氧水生產過程中氧化塔、萃取塔各樓層視鏡以及工作液聚結器等重要排污視鏡點,在原設計監控點位基礎上增加視鏡監控點位,將監控畫面引入操作控制室,操作人員室內即可直接查看視鏡點狀態和工作情況,從而降低操作人員巡檢頻次,更直觀及時地發現塔內工作液狀態以及排污情況,便于對異常情況及時響應和處理。

3 安裝方式改進

現場儀表設備穩定可靠的運行和對生產數據的實時準確采集是保證控制系統自動精準控制的首要條件,也是裝置智能化應用的先決條件。為保證現場儀表設備性能的穩定性,設備安裝時主要從防寒防凍和防水2個方面對儀表安裝方式進行改進,同時對不利于安裝和維護的儀表點進行位置變更[4]。

針對儀表防凍問題,經過對所測介質進行分析和分類,對于易結冰或結晶的介質采用遠傳法蘭隔膜壓力變送器,取消導壓管長距離敷設,采用根部安裝方式,再通過保溫措施進行防護。通過改進現場儀表安裝方式,優化設備選型,實現整套裝置無儀表伴熱點,降低冬季儀表伴熱造成的蒸汽消耗和防凍點檢修人員維護的工作量。對于夏季儀表防水防雨問題,采取以下強化措施：儀表線纜橋架采用密封橋架,儀表線纜穿線管最低處加裝排水三通接頭,儀表進線口安裝密封防爆接頭,備用進線口安裝防爆堵頭。

4 結語

該雙氧水裝置自投產以來,安全穩定運行,未出現生產等異常情況,進一步反映了雙氧水智能控制技術的應用具有較強的適用性,不僅大大降低操作人員和設備維護人員的工作強度,而且提高了生產效率、降低了生產成本;通過提高異常情況響應的及時性,也提升了裝置的安全穩定性。該雙氧水項目智能控制技術的應用可為其他相同或類似裝置現場的優化和改進工作提供一定參考。

該雙氧水裝置智能控制技術和智能儀表設備的廣泛應用,雖然實現了雙氧水生產過程的自動控制和雙氧水產品品質的全流程監管,但是距離裝置全流程全自動化生產仍有一定差距,目前國內已有化工企業實現雙氧水生產無人工干預黑屏操作的全自動化生產。未來,隨著工業化進程的不斷推進,自動化程度的不斷提高,化工生產過程智能化的推進已經成為必然趨勢。