朱江軍，張俊平，周英武

（新疆石河子開(kāi)發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

新疆石河子開(kāi)發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)天業(yè)化工）是新疆天業(yè)集團(tuán)化工產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)120萬(wàn)t PVC樹(shù)脂一期20萬(wàn)t/a項(xiàng)目，采用電石法制取乙炔氣。6臺(tái)濕法發(fā)生器設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為24萬(wàn)t/a PVC樹(shù)脂，天業(yè)化工在生產(chǎn)工段的各環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改造，以期在節(jié)能降耗、安全環(huán)保、機(jī)械自動(dòng)化、智能化信息化等方面做出成效。電石渣漿回收乙炔氣技術(shù)改造是該公司提升競(jìng)爭(zhēng)力的典型案例，是將濕法乙炔生產(chǎn)過(guò)程中排出的電石渣漿及廢次鈉收集，通過(guò)一套脫吸工藝，將漿液中的乙炔氣分離出來(lái)回收利用。采用浙江中控JX-300XP DCS，使用SCKEY組態(tài)軟件編寫(xiě)了符合工藝現(xiàn)狀，高效穩(wěn)定的工藝控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)測(cè)控，安全切斷、全自動(dòng)開(kāi)、停車(chē)，達(dá)到了無(wú)人值守的先進(jìn)控制模式。

1 乙炔回收裝置的流程及控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

1.1 乙炔回收裝置工藝流程概述

圖1 電石渣漿回收乙炔氣工藝流程示意圖

電石渣漿回收乙炔氣裝置及工藝包是天業(yè)化工與專(zhuān)業(yè)技術(shù)廠家聯(lián)合開(kāi)發(fā)，具體流程概述如下：發(fā)生器溢流出來(lái)的電石渣漿經(jīng)密閉管道自流入漿料緩沖罐，經(jīng)由漿料泵輸送到脫吸塔，在脫吸塔將吸附在電石渣及水中的乙炔氣脫吸出來(lái)，脫吸后的渣漿自脫吸塔底部排渣管自流入安全槽內(nèi)排至沉降池，而脫吸出來(lái)的乙炔氣經(jīng)乙炔管道進(jìn)入冷卻器中冷凝脫水，脫水后的乙炔氣由真空泵輸送，經(jīng)測(cè)氧儀檢測(cè)合格后送入氣體緩沖罐中，最后經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后送入乙炔氣柜。電石渣漿回收工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

1.2 無(wú)人值守控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

采用浙江中控JX-300XP DCS系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有完善的CPU、電源、數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的硬件冗余特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)分3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別是信息管理網(wǎng)，用于工廠信息傳遞與管理；過(guò)程控制網(wǎng)（SCnetⅡ），采用雙冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互；控制站內(nèi)網(wǎng)為SBUS令牌網(wǎng)絡(luò)，各I/O卡件通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)卡與主控卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)運(yùn)算與控制。JX-300XP DCS具有智能化I/O卡鍵及自動(dòng)校零/自動(dòng)校正功能；所有硬件具備實(shí)時(shí)故障診斷功能；高可靠性設(shè)計(jì)、多任務(wù)調(diào)度內(nèi)核控制周期0.1 s。

該系統(tǒng)由工程師站、操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通信網(wǎng)絡(luò)等組成。上層預(yù)留有管理操作接口，可與管理、調(diào)度計(jì)算機(jī)連接，為今后實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理自動(dòng)化作好準(zhǔn)備。管理計(jì)算機(jī)、操作站（工程師站）、現(xiàn)場(chǎng)控制站通過(guò)管理網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)、控制站內(nèi)部網(wǎng)緊密聯(lián)系在一起，便于傳輸各種實(shí)時(shí)和控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理，而工藝控制過(guò)程中充分考慮了無(wú)人值守特點(diǎn)，融入了應(yīng)急控制，系統(tǒng)采用CPU電源、網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)提高可靠性。采集的數(shù)據(jù)包括動(dòng)設(shè)備的參數(shù)、啟停控制、關(guān)鍵點(diǎn)輔助點(diǎn)的溫度、壓力、液位、流量、頻率等，采用了PID的分程控制、邏輯聯(lián)鎖控制，實(shí)現(xiàn)了趨勢(shì)、報(bào)警的記錄、報(bào)表的自動(dòng)生成等功能。

2 控制方案

智能化工廠、無(wú)人值守是工業(yè)企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分利用國(guó)內(nèi)各企業(yè)對(duì)于回收乙炔裝置運(yùn)行控制的技術(shù)基礎(chǔ)，增加了動(dòng)設(shè)備的信號(hào)參數(shù)采集、增加了真空檢測(cè)參數(shù)以及氧含量數(shù)據(jù)采用兩套分析設(shè)備同時(shí)在線分析，在控制回路上采用PID分程控制、故障切斷采用多信號(hào)預(yù)警安全切斷等，這里舉例介紹其中的兩個(gè)方案及控制回路緩沖罐液位回流與送料的分程控制、氧含量的數(shù)據(jù)的選擇與送氣放空的邏輯控制。

2.1 緩沖罐液位控制

緩沖罐液位是較為關(guān)鍵的參數(shù)，液位過(guò)高或過(guò)低直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至發(fā)生安全事故。因此，為了追求平穩(wěn)性、可靠性，緩沖罐液位、脫吸塔壓力采取了PID分程控制用來(lái)保證液位和壓力的平穩(wěn)。以LIT0101分程控制為例，電石渣漿通脫輸送泵進(jìn)入脫吸塔前，LCV0102控制渣漿的旁通回流量，LCV0101控制渣漿進(jìn)入脫吸塔的輸送量，液位控制在設(shè)定值1.5 m，見(jiàn)圖2。

圖2 緩沖罐液位控制流程示意圖

緩沖罐液位升高，LCV0101過(guò)料閥開(kāi)大，LCV0102旁路回流閥關(guān)小，液位控制在設(shè)定值；當(dāng)液位降低，則LCV0101關(guān)小，同時(shí)改變旁路回流閥開(kāi)大，根據(jù)工藝要求，LCV0101閥門(mén)為正作用，LCV0102閥門(mén)為反作用，在控制過(guò)程中要求閥位對(duì)應(yīng)協(xié)調(diào)，依據(jù)設(shè)定值，當(dāng)其中一個(gè)緩緩打開(kāi)時(shí)，另外一個(gè)閥則是緩緩關(guān)閉。渣漿液位分程控制框圖及閥位開(kāi)度趨勢(shì)示意圖分別見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 渣漿液位分程控制框圖

圖4 閥位開(kāi)度示意圖

2.2 氧含量故障選擇與聯(lián)鎖控制

該裝置最終的產(chǎn)品乙炔氣經(jīng)由真空泵送往氣體緩沖罐的過(guò)程中要進(jìn)行氧含量分析，氧含量超標(biāo)，則氣體存在安全隱患，無(wú)法并入大系統(tǒng)，必須放空處理。無(wú)人值守系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)安全性及儀表可靠性，設(shè)計(jì)加裝2套氧含量分析儀同時(shí)在線工作，當(dāng)其中的一臺(tái)分析儀表檢測(cè)氧含量超過(guò)設(shè)定值含量1%時(shí)，系統(tǒng)切斷送往氣體緩沖罐的閥門(mén)KV0102，打開(kāi)放空閥門(mén)KV0101進(jìn)行氣體放空；當(dāng)2臺(tái)分析儀含氧量顯示合格低于設(shè)定值1%氧含量時(shí)，放空KV0101切斷閥關(guān)閉，送往系統(tǒng)的切斷閥KV010閥打開(kāi)。氧含量與成品氣流程及邏輯聯(lián)鎖圖見(jiàn)圖5，氧含量與KV0102/KV0101邏輯聯(lián)鎖圖見(jiàn)圖6。

圖5 氧含量與成品氣流程及邏輯聯(lián)鎖圖

3 工程施工中的關(guān)鍵問(wèn)題及解決措施

3.1 各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)密切配合

系統(tǒng)工程施工中包含專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目較多，大多會(huì)同時(shí)交叉作業(yè)。涉及的弱電、綜合信息布線、土建及給排水，尤其是流量?jī)x表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)溫測(cè)壓傳感器等必須要清楚設(shè)計(jì)安裝規(guī)范、明確安裝位置，嚴(yán)格按照相關(guān)專(zhuān)業(yè)要求進(jìn)行施工，及時(shí)檢查并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，召開(kāi)溝通協(xié)調(diào)會(huì)，采取必要措施，避免出現(xiàn)重復(fù)施工等情況。

3.2 信號(hào)處理的接地要求

圖6 氧含量與KV0102/KV0101邏輯聯(lián)鎖程序圖

系統(tǒng)在安裝中必須有單獨(dú)的安全接地網(wǎng)，這是信號(hào)處理接地的嚴(yán)格要求，且接地電阻要求不大于4 Ω，并與其他電氣接地系統(tǒng)相距10 m以上；對(duì)UPS電源接地應(yīng)與本系統(tǒng)接地網(wǎng)相連；所有系統(tǒng)工控機(jī)在地線沒(méi)有連好的情況下不準(zhǔn)上電開(kāi)機(jī)，以保證通信網(wǎng)絡(luò)和工控機(jī)正常安全工作；并在安裝中對(duì)所有信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽電纜，以屏蔽外界磁場(chǎng)干擾。

3.3 可靠的電源供給

無(wú)人值守系統(tǒng)安裝過(guò)程中除了在檢測(cè)和控制上考慮周到外，在供電電源上也要極為重視，本系統(tǒng)提供2臺(tái)FR-UK/B1100 10K并聯(lián)冗余，兩路供電并配備2套100 A/h蓄電池，當(dāng)外電線失電時(shí)，UPS投入電池供電模式。在運(yùn)行期間其中一臺(tái)出現(xiàn)故障，另外一臺(tái)無(wú)擾動(dòng)切入，保證電源的持續(xù)、穩(wěn)定的供給，給無(wú)人值守系統(tǒng)的運(yùn)行做好開(kāi)路先鋒和基礎(chǔ)保證。

3.4 定期維護(hù)測(cè)試檢查

電石渣漿回收乙炔氣裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，因?yàn)樵鼭{本身粘稠，造成管線設(shè)備堵塞，如果真空泵汽水分離器堵塞，含量分析的干燥劑會(huì)受到影響，含量分析不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)跳車(chē)。所以定期更換干燥劑、檢查管線設(shè)備的檢測(cè)傳感器、調(diào)節(jié)閥等，制定措施杜絕或減緩系統(tǒng)中因堵塞造成的一系列問(wèn)題。

4 投用后效果分析

無(wú)人值守系統(tǒng)自2015年10月運(yùn)行以來(lái)，為回收乙炔氣發(fā)揮了巨大的作用，每小時(shí)可回收190 m3，如此計(jì)算每年可回收折百電石4 800 t，折合人民幣1 200萬(wàn)元。該系統(tǒng)運(yùn)行良好，減少了人工成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，不僅回收了電石渣漿中夾帶的乙炔氣，降低了電石消耗，節(jié)約了PVC生產(chǎn)成本，而且減少了乙炔氣對(duì)環(huán)境的污染，改善了周?chē)h(huán)境，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于JX-300XP的電石渣漿回收乙炔氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了此套工藝的無(wú)人值守自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主要設(shè)備及其設(shè)施的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，此套無(wú)人值守自動(dòng)控制系統(tǒng)用于現(xiàn)場(chǎng)后，改善了現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵工序的控制方式及性能，提高了系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性，提高了運(yùn)行效率，節(jié)省了系統(tǒng)整體各項(xiàng)消耗，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工可能引起的誤操作，長(zhǎng)期投入使用減少了日常的維護(hù)工作和維護(hù)費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效益。