摘 要 在PVC生產(chǎn)中采用JX—300X DCS控制系統(tǒng)，對聚合的全過程進行自動控制，實現(xiàn)了PVC生產(chǎn)的密閉化，達到了預期的效果。 河南神馬氯堿化工股份有限公司是年產(chǎn)5萬噸PVC的化工企業(yè)，原有的聚合DCS控制系統(tǒng)僅對釜溫進行控制，系統(tǒng)規(guī)模小。2003年11月我們在進行聚氯乙稀密閉化生產(chǎn)技術(shù)改造時，由于原控制系統(tǒng)規(guī)模小而且無法擴容，經(jīng)反復調(diào)研，最終決定控制系統(tǒng)采用JX-300X。我們在改造時把6臺聚合釜的入料控制、升溫控制、恒溫控制、汽提控制，壓縮冷凝回收控制、離心干燥等控制集中在一個DCS控制系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)聚合入料、恒溫、出料全過程自動控制。通過幾個月來的連續(xù)運行，該套系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全可靠，不僅提高了樹脂產(chǎn)量、質(zhì)量，減輕了工人的勞動強度，而且改善了聚合的工作環(huán)境、節(jié)約了能源，實現(xiàn)了我們預期的一百釜不清釜、不開蓋的目的?，F(xiàn)把JX—300X控制系統(tǒng)在聚氯乙稀密閉化生產(chǎn)中的應用情況總結(jié)如下： 1 系統(tǒng)選型、配置規(guī)模和結(jié)構(gòu) 通過了解其他廠家的DCS運行狀況，結(jié)合我們自己的實際情況，為便于轉(zhuǎn)化、分餾DCS系統(tǒng)和聚合DCS兩個系統(tǒng)網(wǎng)絡連接，最后確定聚合DCS采用浙大中控的JX-300X系統(tǒng)。該套系統(tǒng)不僅能滿足生產(chǎn)監(jiān)視、過程控制、操作畫面、參數(shù)報警、數(shù)據(jù)記錄及趨勢等功能，而且采用的是國內(nèi)先進的軟硬件技術(shù)，結(jié)構(gòu)靈活、安全便于維護，滿足了工藝要求的需要。根據(jù)聚合生產(chǎn)工藝的實際特點，該系統(tǒng)配置模擬量輸入68點，熱電阻52點，模擬量輸出28點，開關(guān)量輸入210點，開關(guān)量輸出147點，合計505點。依據(jù)這些點數(shù)，我們確定設置操作站4臺（包括一臺工程師站）、控制站1個、控制機柜2個、繼電器柜1個，控制回路28個，I/O機籠7個，電源箱4個等系統(tǒng)配置。 控制站是采集處理信號并進行運算輸出，具有故障自診斷功能，控制站主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、電源采用熱備用冗余配置，故障時能自動無擾動切換。操作站是提供人機操作界面，接受從控制站傳來的工藝流程實時數(shù)據(jù)，將它轉(zhuǎn)化為相應的過程變量，在顯示器上顯示出來，供操作員監(jiān)視、操作。工程師站既可當操作站又可用來進行系統(tǒng)組態(tài)。操作站與控制站之間通過高速通信網(wǎng)Scnet完成數(shù)據(jù)交換，本套系統(tǒng)工藝界面共設16幅，分別為：1）軟水、穩(wěn)定劑操作畫面；2）單體操作畫面；3）分散劑操作畫面；4）引發(fā)劑操作畫面；5）注水、終止劑操作畫面；6）涂釜沖洗水操作畫面；7）1#—6#釜的操作畫面；8）回收操作畫面；9）汽提操作畫面；10）恒溫控制參數(shù)；11）配方表。這些畫面滿足了聚合生產(chǎn)控制的需要。 2 現(xiàn)場配套電氣儀表裝置 這次對聚氯乙稀技術(shù)改造，除保留原有的檢測變送測量裝置、自動控制閥門、電氣設備外，又增加檢測變送測量設備21臺，程控閥門和自動調(diào)節(jié)閥71臺，程控泵15臺。 3 控制方案 懸浮法聚氯乙稀生產(chǎn)過程是把軟水、單體、分散劑、引發(fā)劑等助劑按一定比例密閉入料，而后通過熱水夾套升溫、恒溫控制、自動注水、加終止劑，自動出料沖洗，通過汽提回收控制裝置把殘留單體進行回收，經(jīng)過離心干燥去除水份最后包裝成袋狀樹脂的過程。對于這么一個復雜的過程，采用全自動化控制后，它可以提高生產(chǎn)效率，降低消耗，減少環(huán)境污染。因此，這套控制系統(tǒng)主要由這幾個部分構(gòu)成：6臺釜的密閉入料控制；6臺釜的升溫、恒溫控制；6臺釜的滏釜、出料沖洗控制；汽提塔控制；壓縮冷凝回收控制及離心干燥控制等，分別介紹如下： 密閉入料控制過程比較復雜，控制要求高，采用SC控制語言編程來實現(xiàn)順控，它包括九個子程序控制：軟水程序、穩(wěn)定劑程序、單體程序、分散劑程序、引發(fā)劑程序、中途注水程序、終止劑程序、涂釜程序、出料沖洗程序，各子程序既能相互獨立啟動，又能聯(lián)鎖啟動。當入料主程序聯(lián)鎖按鈕打到“IN”時，入料程序全部自動。另外還設有單體回流、沖洗水回流、中途注水回流三個自定義單回路控制。 3.1 軟水穩(wěn)定劑入料控制 在操作站上人工選擇軟水泵、釜號，設定入釜軟水量，程序自動啟動后判斷選釜是否正確，相應閥門是否關(guān)閉，否則給以報警提示，程序不向下進行，等待確認后，程序自動打開釜上閥，總管閥、啟動軟水泵，通過總管上的質(zhì)量流量計監(jiān)視控制入釜的流量，當流量累積到配方表中所需的量后，程序發(fā)出指令，停泵、關(guān)釜上閥，并自動與軟水計量槽上的差壓變送器檢測折算出流量相比較，超過設定誤差給以報警提示，防止因進料誤差影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，穩(wěn)定劑的加入是在軟水加入兩噸后自動啟動穩(wěn)定劑程序的。 3.2 單體入料控制 如果入料主程序聯(lián)鎖打“IN”狀態(tài)，軟水入料程序結(jié)束后，自動啟動單體入料程序，首先進行泵和相關(guān)閥門、單體槽液位檢查，接著開釜上閥、總閥，啟動單體泵，等單體流量累計到細流值時，程序發(fā)出指令，讓單體回流閥固定在50%開度，當單體質(zhì)量流量計累計到參數(shù)表中的設定值時，停泵、關(guān)閥，若單體入料量超過設定誤差，給以報警提示。 3.3 分散劑程序控制 包括分散劑備料和分散劑入料兩個程序控制，可以單獨啟動也可聯(lián)鎖啟動。單獨啟動時，先選釜號進行分散劑備料，打開填充閥，關(guān)閉循環(huán)閥，向分散劑稱量槽內(nèi)加料，等加到設定值時，關(guān)閉填充閥，打開循環(huán)閥，稱量槽進行超差判斷，備料程序結(jié)束。由操作工啟動入料程序，啟動加料泵、打開分散劑加料總閥和釜上助劑閥向釜內(nèi)入料，當稱量槽重量達到槽沖洗點時，打開槽沖洗水閥進行槽沖洗，沖洗流量計進行累積清零到設定值時，關(guān)槽沖洗水閥，等稱量槽重量達到管道沖洗點時，關(guān)加料閥、停泵，打開管道沖洗水閥，進行管道沖洗，沖洗水流量計清零累積到設定值后，關(guān)相應閥，程序結(jié)束。如果分散劑程序聯(lián)鎖打“IN”狀態(tài)，備料和入料程序全部自動進行。 3.4 引發(fā)劑程序控制 單獨啟動時，首先進行選釜號，接著打開填充閥，關(guān)閉循環(huán)閥，向引發(fā)劑稱量槽內(nèi)進行備料，等達到設定值時，關(guān)閉填充閥，打開循環(huán)閥，稱量槽進行超差判斷，備料結(jié)束。啟動入料程序，啟動加料泵，打開引發(fā)劑加料總閥和釜上助劑閥，開始向釜內(nèi)加料，等達到槽沖洗點時，打開槽沖洗水閥，進行槽沖洗，等稱量槽的重量達到管道沖洗點時，打開管道沖洗水閥進行正沖、同沖、反沖程序，沖洗完畢后停泵、關(guān)閥，如果引發(fā)劑入料程序聯(lián)鎖打“IN”狀態(tài)，引發(fā)劑的備料和入料全部自動進行。 3.5 升溫、恒溫控制 軟水、單體、分散劑、引發(fā)劑等各種助劑加完后，用熱水把聚合釜內(nèi)的混合物料加熱到一定溫度，引發(fā)聚合反應。為縮短升溫時間，我們采用全開熱水閥的方法，隨著釜溫升高，熱水閥開度逐漸變小，等到釜中部溫度達到上限給定時，程序由升溫切換到軟手動操作，閥門給一固定開度，等釜溫升到下限給定值時，由軟手動切向恒溫控制狀態(tài)，夾套進口溫度調(diào)節(jié)采用分程控制，4-12mADC控制冷水閥，12-20mADC控制熱水閥，由于聚合反應是采用大流量低溫差的強制循環(huán)冷卻法，其工藝本身又是一個大滯后環(huán)節(jié)，而控制聚合釜內(nèi)溫度必須在±0.2℃內(nèi)，才能獲得聚氯乙烯均勻的分子量分布，提高樹脂質(zhì)量。因此，恒溫控制我們采用以釜溫為主參數(shù)、以夾套進口溫度為付參數(shù)，釜壓作為前饋的復合串級控制系統(tǒng)。參見48m3聚合釜恒溫控制流程圖、方框圖如下圖。 經(jīng)過半年來的連續(xù)運行，恒溫過程釜溫控制在±0.1℃以內(nèi)，拐點溫度小于0.5℃，保證了PVC樹脂的質(zhì)量，達到了我們預期的效果。 為節(jié)約能源，夾套出口溫度采用邏輯判斷處理器，實現(xiàn)熱回水和冷回水控制。當夾套出口溫度大于55℃時，熱回水閥打開，熱水回到熱水槽；小于50℃時冷回水閥打開，冷水回涼水塔。為公司節(jié)約了大量蒸汽能源。見下圖。 3.6 中途注水控制 當反應釜恒溫到一定時間后，自動啟動注水程序，打開相應釜注水閥開始自動注水，計時到設定時間后，關(guān)釜上閥，停止注水。 3.7 終止劑入料控制 從安全角度考慮，我們把終止劑加入程序設計為一個獨立程序。何時加終止劑由操作工啟動確認，避免誤動作帶來的麻煩，程序啟動后，開終止劑閥，啟動終止劑計量泵，到設定時間后停泵、關(guān)閥。 3.8 出料沖洗控制 當反應釜的終止劑程序啟動，確認終止劑已加入釜內(nèi)，同時釜壓降到參數(shù)表中的設定值時，程序自動啟動出料沖洗程序。打開噴淋閥和沖洗水閥，達到?jīng)_冼設定時間后，關(guān)相應閥門。為保證沖洗效果，程序設計了兩次沖洗過程。 3.9 涂釜程序控制 涂釜是密閉入料比較重要的順控程序之一。涂釜的好壞不但影響樹脂的產(chǎn)量、質(zhì)量，而且決定該套系統(tǒng)運行良好關(guān)鍵步驟之一，我們采用涂釜順控程序，打開沖洗水閥沖洗一定時間后，開蒸汽閥門烘干，接著開涂釜閥，啟動涂釜計量泵，進行涂釜到設定時間后，停涂釜泵，關(guān)涂釜閥，繼續(xù)讓蒸汽閥打開一段時間固化，接著打開沖洗水閥進行第二次沖洗，實現(xiàn)自動涂釜過程。幾個月來的運行，效果良好，大大提高了聚合釜的生產(chǎn)效率。 3.10 汽提塔控制 進料量和出料量是通過DCS采用變頻器分別控制進料泵和出料泵電機的轉(zhuǎn)速，從而保證進料量和塔底液位的穩(wěn)定。塔頂壓力和塔底溫度控制是通過兩個自定義單回路進行PID控制的。 3.11 壓縮冷凝回收控制 通過DCS系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，當泡沫捕集器壓力≥0.3Mpa時高壓閥打開進行高壓回收控制。當泡沫捕集器壓力降到0.3Mpa以下時低壓閥打開,水環(huán)壓縮機自動啟動進行低壓回收控制。 另外,其它一些控制如壓縮冷凝尾排壓力控制、回流控制、離心機進料控制等全部采用單回路的PID控制. 4 系統(tǒng)調(diào)試 為不影響生產(chǎn)，大部分調(diào)試工作都在聚合反應的間隙和停車檢修期間進行的。 4.1 硬件設備調(diào)試： 對現(xiàn)場檢測儀表，首先從現(xiàn)場加標準信號從DCS上觀察溫度、壓力、流量顯示是否在允許誤差范圍內(nèi),然后從操作站上輸出信號看現(xiàn)場閥門動作狀態(tài)是否符合要求，反饋狀態(tài)、接點信號顯示是否正常，通過此方法，調(diào)校自動閥門68臺，液位變送器10臺，流量儀表6臺，重量變送器2臺，從調(diào)校結(jié)果來看，全部滿足了工藝要求需要，保證了儀表的精度。 4.2 軟件調(diào)試： 現(xiàn)場儀表按各回路調(diào)試正常后，開始進行各子程序調(diào)試,向聚合釜內(nèi)加水，進行水聯(lián)動實驗，啟動每個單元的子程序模擬實驗，觀察閥門動作順序是否按要求進行。實踐證明，這一繁鎖工作為主程序的聯(lián)調(diào)打下基礎，為最后一次投料成功提供了依據(jù)。 5 存在問題及解決辦法 在剛開始的調(diào)試、投運過程中我們發(fā)現(xiàn)了一些問題并進行了處理。 5.1 軟水和單體入釜過程中無論啟動程序或停止程序那一瞬間，總聽到工藝管道比較大的一聲振動，起初懷疑工藝管道固定不好，后通過仔細觀察發(fā)現(xiàn)啟動程序的那一瞬間，泵、總閥、釜上閥同時啟動，出現(xiàn)了共振現(xiàn)象，導致比較大的振動，通過修改啟泵、開閥的先后順序控制程序，解決了這一振動，消除了不安全隱患。 5.2 每臺釜噴淋閥底閥上的限位開關(guān)，建議電氣和儀表公用一套最好。 在實用過程中，我們發(fā)現(xiàn)噴淋閥和底閥的限位開關(guān)，電氣、儀表上總出現(xiàn)反饋不同時回來的現(xiàn)象，影響程序繼續(xù)進行，通過調(diào)整線路改造，達到電氣、儀表共同的目的。滿足了雙方的要求。我們認為效果不錯。 5.3 沖洗水泵出口的壓力表總打壞。在投運當初，沖洗水泵出口的壓力表總打壞，通過修改原有的程序，讓沖洗水泵不頻繁啟動，以及泵出口回流一直處于自控狀態(tài)，保證了泵出口壓力的穩(wěn)定，解決了大電機頻繁啟動帶來的不安全因素。 6 應用結(jié)論 6.1 JX—300X DCS系統(tǒng)投入運行半年多來，運行穩(wěn)定可靠、操作簡便，使工藝指標得以進一步優(yōu)化，充分發(fā)揮了現(xiàn)有設備生產(chǎn)的能力。 6.2 使聚合從入料到出料全部實現(xiàn)自動化控制，提高了樹脂的產(chǎn)量、質(zhì)量，穩(wěn)定了工藝指標，簡化了現(xiàn)場操作，減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。 6.3 使聚合生產(chǎn)達到一百釜不清釜、不開蓋，聚合崗位上基本聞不到單體味，大大改善了聚合的工作環(huán)境，減少了有毒氣體對人體傷害。 6.4 提供了通訊接口，通過集線器可以和遠程計算機連接，為以后實現(xiàn)調(diào)度集中監(jiān)視工藝過程控制提供了條件。 6.5 可靠性較高，降低了儀表維護工作量，且由于系統(tǒng)卡件的國產(chǎn)化和通用性，降低了備品備件的庫存量和資金占用，降低了生產(chǎn)成本。 6.6 原有的控制系統(tǒng)，大部分采用常規(guī)儀表的控制，控制回路、檢測點多，控制儀表多，控制柜多且安裝分散。采用JX—300X系統(tǒng)后，整套系統(tǒng)只需2個控制柜、一個繼電器柜、4個操作站，大大減少了控制裝置的數(shù)量，節(jié)約資金和空間，充分體現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的優(yōu)越性。 6.7 由于該套系統(tǒng)功能齊全、技術(shù)先進、安全可靠，故障率較低，節(jié)約了大量的維護資金，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益和社會效益，實踐證明，該系統(tǒng)應用是非常成功的。