王學(xué)東，許瓊武，宋如飛，周 春

（昆明云能化工有限公司，云南 昆明650000）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

昆明云能化工有限公司10 萬t/a PVC 裝置2004 年設(shè)計(jì)，2006 年3 月投產(chǎn)運(yùn)行， 目前裝置自動(dòng)化程度較低，絕大部分為人工操作。乙炔生產(chǎn)采用的是濕式發(fā)生器，該反應(yīng)器為半混流液固反應(yīng)器，過程復(fù)雜，影響因素較多，需要確定并控制好若干操作指標(biāo)。

乙炔發(fā)生器產(chǎn)生的電石渣漿自溢流管流出，經(jīng)渣漿回收乙炔裝置回收乙炔后，匯集至渣漿圓池；發(fā)生器底部沉積的電石渣自排渣管排出， 匯集至排渣緩沖池，經(jīng)沉淀后，上層渣漿匯入渣漿圓池，乙炔區(qū)域其他廢水也匯入渣漿圓池， 形成的電石渣漿固量7.5%，電石渣漿量約為250 t/h，經(jīng)渣漿輸送單元用水隔泵輸送至5 km 以外的渣場(chǎng)壓濾處理。

電石渣漿輸送單元（水隔泵）屬于樹脂分廠，崗位在裝置區(qū)內(nèi)單獨(dú)設(shè)置，工作環(huán)境差，裝置自動(dòng)化程度低，全為手動(dòng)操作，崗位設(shè)置8 人，水隔泵啟動(dòng)、停止、生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整需現(xiàn)場(chǎng)操作完成，操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2 電石渣漿單元

從發(fā)生器溢流的電石渣漿進(jìn)入電石渣漿緩沖罐，在電石渣漿緩沖罐內(nèi)經(jīng)過初步沉降分離，除去大塊雜質(zhì)固體，然后通過渣漿泵輸送至脫氣塔，脫氣塔主要通過抽真空的方式使渣漿內(nèi)溶解的乙炔氣脫出，脫氣塔內(nèi)的真空控制在-71～-61 kPa。 從脫氣塔出來的乙炔氣進(jìn)入1# 乙炔冷卻器冷卻降溫至45 ℃左右，再經(jīng)2#乙炔冷卻器進(jìn)一步降溫，通過水環(huán)真空泵送入3# 乙炔冷卻器冷卻至25 ℃左右， 經(jīng)捕沫器過濾送至乙炔發(fā)生單元回收。

從脫氣塔底部出來的渣漿由下部進(jìn)入渣漿排放罐，再通過渣漿管輸送至原渣漿池，渣漿排放罐具有液封作用，確保脫氣塔保持真空狀態(tài)。

1#、2# 乙炔冷卻器的冷凝水接入渣漿緩沖罐，通過渣漿緩沖罐中渣漿形成的液封可以確保真空狀態(tài)的1#、2# 乙炔冷卻器的渣漿排放管路不吸入空氣。3#乙炔冷卻器和捕沫器的冷凝水經(jīng)水封管溢流進(jìn)入渣漿排放罐，確保正壓狀態(tài)的兩臺(tái)設(shè)備不漏氣。

3 存在問題

（1）渣漿池液位為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，未設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控，人員2 h 巡檢一次，在生產(chǎn)過程中，可能存在因巡檢不及時(shí)導(dǎo)致滿溢的情況，從職業(yè)健康角度來說，對(duì)操作人員健康不利，嚴(yán)重時(shí)還可能造成環(huán)境事故。

（2）水隔泵組原設(shè)計(jì)采用人工切換，閥門現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開關(guān)，渣漿泵現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)。 裝置投入運(yùn)行過程中，由于崗位員工操作強(qiáng)度大，可能存在開關(guān)、啟動(dòng)不及時(shí)造成滿溢的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）清水池液位、泵出口壓力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，手動(dòng)閥模糊控制。 主要靠操作人員2 h 巡檢一次進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（4）清水池泵出口壓力采用回流控制的方式進(jìn)行調(diào)整，回流量較大，流量與功率不匹配，能耗較高。

（5）未滿足云南省危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)儲(chǔ)存企業(yè)四區(qū)分離技術(shù)指導(dǎo)要求。

根據(jù)《云南省安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃》（云安〔2020〕4 號(hào)）[1]，在云南省范圍內(nèi)開展危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存企業(yè)行政辦公區(qū)、后勤保障區(qū)、集中控制區(qū)和生產(chǎn)作業(yè)區(qū)四區(qū)分離整治工作。 云能化工根據(jù)《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50489-2009）、《控制室設(shè)計(jì)規(guī)范》（HG/T20508-2014）等規(guī)范，對(duì)四區(qū)規(guī)范性進(jìn)行自查，存在布局不合理，內(nèi)外部安全防護(hù)距離不足、工藝技術(shù)及控制水平落后等問題，需進(jìn)一步提升裝置的本質(zhì)安全水平。

4 方案研究

為提升水隔泵工序自動(dòng)化水平， 實(shí)現(xiàn)水隔泵自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高裝置的本質(zhì)安全。 研究方案如下。

（1）渣漿圓池液位遠(yuǎn)程監(jiān)控，圓池出口切斷閥遠(yuǎn)程控制，渣漿泵遠(yuǎn)程控制，圓池液位、切斷閥、渣漿泵運(yùn)行選擇根據(jù)程式化自動(dòng)運(yùn)行。

（2）渣漿高位槽新增設(shè)遠(yuǎn)傳液位計(jì)，液位實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 邏輯控制中液位與水隔泵啟動(dòng)控制形成回路。

（3）3 套水隔泵組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切換。

（4）清水池液位監(jiān)測(cè)與進(jìn)口閥門形成液位調(diào)節(jié)回路。

（5）清水泵變頻控制，清水泵出口總管壓力檢測(cè)，清水泵變頻器與渣漿高位槽液位形成調(diào)節(jié)回路。

（6）視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控，替代大部分人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢。

（7）增加PLC 控制系統(tǒng)控制新增測(cè)量控制設(shè)備，3 套水隔泵信號(hào)引入PLC 集控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)聯(lián)控，操作站引入中控室。

（8）滿足地方法規(guī)要求。

5 提升方案實(shí)施

（1）A#/B# 渣漿圓池增加雷達(dá)液位計(jì)，引入PLC系統(tǒng)，A#/B# 渣漿圓池出口分別新增切斷閥遠(yuǎn)程控制（DN250），渣漿泵新增軟啟動(dòng)器，引入PLC 系統(tǒng)（見圖1），圓池液位、切斷閥、渣漿泵選擇根據(jù)程式化自動(dòng)運(yùn)行，邏輯控制圖見圖2。

圖1 工藝流程圖

圖2 邏輯控制圖

（2）渣漿高位槽新增雷達(dá)液位計(jì)，引入PLC 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 液位低停水隔泵， 液位達(dá)到控制區(qū)域（≥60%）水隔泵可啟動(dòng)，水隔泵啟動(dòng)參考人工判斷條件開放設(shè)置。

（3）A#/B#/C# 水隔泵組渣漿進(jìn)出口切斷閥（DN250），清水進(jìn)出口切斷閥（DN250），保留現(xiàn)有手動(dòng)閥， 當(dāng)水隔泵組需要切換時(shí)人工現(xiàn)場(chǎng)啟閉閥門操作。

（4）清水池新增差壓液位變送器，清水池進(jìn)口新增切斷閥（DN125），通過液位與進(jìn)口切斷閥對(duì)清水池液位進(jìn)行區(qū)間控制（80%～90%）。

（5）1#/3#清水泵新增1 臺(tái)變頻控制器（132 kW），1（變頻器）拖2（清水泵）形式，2#/4#清水泵新增1臺(tái)變頻控制器（225 kW），1（變頻器）拖2（清水泵），清水泵變頻器隨動(dòng)渣漿高位槽液位給定調(diào)節(jié)；1#/2#/3#/4#清水泵出口新增多功能閥，發(fā)揮緩啟緩?fù)＜爸鼓孀饔谩?/p>

（6）新增兩路視頻監(jiān)控，覆蓋水隔泵設(shè)備總貌及清水泵現(xiàn)場(chǎng)情況。

（7）新增PLC 控制系統(tǒng)，新增測(cè)量控制設(shè)備引入PLC 系統(tǒng)，3 套水隔泵相應(yīng)信號(hào)引入PLC 集控系統(tǒng)，PLC 集控系統(tǒng)對(duì)水隔泵工序?qū)崿F(xiàn)順序控制及聯(lián)鎖動(dòng)作，引入中控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

6 操作方案的優(yōu)化

6.1 自動(dòng)控制操作

電石渣漿輸送自動(dòng)控制操作主要是指系統(tǒng)上位

機(jī)的人工/自動(dòng)操作。上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)的主要功能包括監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、遠(yuǎn)程控制單臺(tái)設(shè)備啟停和系統(tǒng)一鍵啟停等功能。 遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完好， 操作人員只需在上位機(jī)單擊相應(yīng)的啟停按鈕即可完成操作。

上位組態(tài)程序運(yùn)行后，系統(tǒng)將進(jìn)入“主畫面”，在“主畫面”上將直觀的顯示系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)。

設(shè)備名稱或位號(hào)顯示顏色為橙色， 說明該設(shè)備處在遠(yuǎn)程狀態(tài)，可以在上位機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)控操作。顯示顏色為藍(lán)色，說明該設(shè)備處在就地狀態(tài)，只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，不能進(jìn)行遠(yuǎn)控操作。

設(shè)備標(biāo)識(shí)為綠色，說明設(shè)備處在運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備標(biāo)識(shí)為紅色，說明設(shè)備處在停止?fàn)顟B(tài)。

設(shè)備遠(yuǎn)控操作畫面指示圖見圖3。 單擊設(shè)備標(biāo)識(shí)，選擇需要操作的設(shè)備，彈出相應(yīng)的操作對(duì)話框，則可以進(jìn)行遠(yuǎn)控操作。

圖3 設(shè)備操作畫面指示圖

6.2 水隔泵操作

單擊水隔泵標(biāo)識(shí)，彈出水隔泵監(jiān)控畫面，單擊啟停操作按鈕，彈出操作框，可以進(jìn)行啟停操作，水隔泵操作畫面見圖4。

圖4 水隔泵操作畫面圖

當(dāng)設(shè)備在遠(yuǎn)控狀態(tài)下， 操作員登錄后可以在上位機(jī)進(jìn)行設(shè)備的單機(jī)控制。 現(xiàn)場(chǎng)操作人員也可以將選擇開關(guān)選擇至“手動(dòng)”模式，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)啟?？刂?。

6.3 程控操作

在受控設(shè)備操作模式處于“遠(yuǎn)程”模式處，程控操作液位參數(shù)滿足設(shè)置要求可以對(duì)需要啟動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行程控操作，主要參數(shù)要求設(shè)置如下。

渣漿泵的啟動(dòng)參數(shù)要求圓池實(shí)時(shí)液位大于設(shè)定值，高位槽實(shí)時(shí)液位小于啟動(dòng)渣漿泵液位設(shè)定值。

水隔泵的啟動(dòng)參數(shù)要求高位槽實(shí)時(shí)液位大于啟動(dòng)水隔泵液位設(shè)定值。

啟動(dòng)清水泵的參數(shù)要求清水池實(shí)時(shí)液位大于液位設(shè)定值。

在勾選框選擇需要啟動(dòng)的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備勾選后，如關(guān)聯(lián)參數(shù)滿足要求，則組態(tài)畫面將出現(xiàn)設(shè)備名稱，并用綠色底色進(jìn)行顯示，如不滿足，則會(huì)出現(xiàn)紅色閃爍畫面。

在程控模式下，設(shè)備的啟動(dòng)順序?yàn)椋捍蜷_渣漿泵進(jìn)水管切斷閥→啟動(dòng)渣漿泵→啟動(dòng)水隔泵油泵→啟動(dòng)水隔泵程序→啟動(dòng)清水泵。 停機(jī)順序相反。

在遠(yuǎn)控模式下， 可以在閉環(huán)選擇欄選擇清水泵進(jìn)行自動(dòng)恒壓調(diào)頻，勾選的設(shè)備參與恒定壓力調(diào)節(jié)。

在參數(shù)設(shè)置界面， 可以設(shè)置清水池進(jìn)水管切斷閥門的打開及關(guān)閉水位設(shè)定。 當(dāng)清水池液位低于3.5 m 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開切斷閥補(bǔ)水。 當(dāng)清水池液位高于3.7 m 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉切斷閥。

6.4 緊急停車及故障處置

如上位系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)， 切換到現(xiàn)場(chǎng)控制模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，操作人員可將設(shè)備停機(jī)，停機(jī)過程嚴(yán)防清水泵“憋壓”，按照順序先停清水泵，再依次停水隔泵、渣漿泵。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

電石渣漿輸送單元自動(dòng)化提升后，渣漿輸送單元（水隔泵）不再設(shè)置崗位，根據(jù)危險(xiǎn)化工生產(chǎn)工藝“雙人雙崗”減員8 人，目前企業(yè)實(shí)際人工成本按10 萬元/人·a，可增效80 萬元/a；清水泵變頻器隨渣漿高位槽液位給定調(diào)節(jié)， 變頻調(diào)節(jié)量40%～100%（取70%功率），132 kW 清水泵電機(jī)可節(jié)電20.6 萬kW·h/a；節(jié)約費(fèi)用8.3 萬元/a。

實(shí)施自動(dòng)提升后產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益88.3 萬元/a。

8 結(jié)語

電石渣漿輸送單元自動(dòng)化提升實(shí)施，利用PVC裝置大檢修時(shí)機(jī)，進(jìn)行了設(shè)備、管道及變頻器柜的安裝調(diào)試工作。 整個(gè)項(xiàng)目改造未影響PVC 裝置的運(yùn)行。 電石渣漿輸送單元實(shí)現(xiàn)DCS 遠(yuǎn)程一鍵啟?？刂?，視頻監(jiān)控代替人工巡檢，根據(jù)渣漿輸送量變頻調(diào)節(jié)清水泵電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行降低功率電耗。 有效推進(jìn)了減員增效的試點(diǎn)工作，為PVC 裝置實(shí)現(xiàn)減員增效的目標(biāo)奠定基礎(chǔ).裝置自動(dòng)化控制水平得以提升。