摘 要 在PVC生產中采用JX—300X DCS控制系統，對聚合的全過程進行自動控制，實現了PVC生產的密閉化，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5萬噸PVC的化工企業，原有的聚合DCS控制系統僅對釜溫進行控制，系統規模小。2003年11月我們在進行聚氯乙稀密閉化生產技術改造時，由于原控制系統規模小而且無法擴容，經反復調研，最終決定控制系統采用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控制系統內，實現聚合入料、恒溫、出料全過程自動控制。通過幾個月來的連續運行，該套系統性能穩定，安全可靠，不僅提高了樹脂產量、質量，減輕了工人的勞動強度，而且改善了聚合的工作環境、節約了能源，實現了我們預期的一百釜不清釜、不開蓋的目的。現把JX—300X控制系統在聚氯乙稀密閉化生產中的應用情況總結如下： 1 系統選型、配置規模和結構 通過了解其他廠家的DCS運行狀況，結合我們自己的實際情況，為便于轉化、分餾DCS系統和聚合DCS兩個系統網絡連接，最后確定聚合DCS采用浙大中控的JX-300X系統。該套系統不僅能滿足生產監視、過程控制、操作畫面、參數報警、數據記錄及趨勢等功能，而且采用的是國內先進的軟硬件技術，結構靈活、安全便于維護，滿足了工藝要求的需要。根據聚合生產工藝的實際特點，該系統配置模擬量輸入68點，熱電阻52點，模擬量輸出28點，開關量輸入210點，開關量輸出147點，合計505點。依據這些點數，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、數據轉發卡、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據，將它轉化為相應的過程變量，在顯示器上顯示出來，供操作員監視、操作。工程師站既可當操作站又可用來進行系統組態。操作站與控制站之間通過高速通信網Scnet完成數據交換，本套系統工藝界面共設16幅，分別為：1）軟水、穩定劑操作畫面；2）單體操作畫面；3）分散劑操作畫面；4）引發劑操作畫面；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；11）配方表。這些畫面滿足了聚合生產控制的需要。 2 現場配套電氣儀表裝置 這次對聚氯乙稀技術改造，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，程控閥門和自動調節閥71臺，程控泵15臺。 3 控制方案 懸浮法聚氯乙稀生產過程是把軟水、單體、分散劑、引發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，它可以提高生產效率，降低消耗，減少環境污染。因此，這套控制系統主要由這幾個部分構成：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順控，它包括九個子程序控制：軟水程序、穩定劑程序、單體程序、分散劑程序、引發劑程序、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，又能聯鎖啟動。當入料主程序聯鎖按鈕打到“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，通過總管上的質量流量計監視控制入釜的流量，當流量累積到配方表中所需的量后，程序發出指令，停泵、關釜上閥，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品的質量。另外，穩定劑的加入是在軟水加入兩噸后自動啟動穩定劑程序的。 3.2 單體入料控制 如果入料主程序聯鎖打“IN”狀態，軟水入料程序結束后，自動啟動單體入料程序，首先進行泵和相關閥門、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，程序發出指令，讓單體回流閥固定在50%開度，當單體質量流量計累計到參數表中的設定值時，停泵、關閥，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，關閉循環閥，向分散劑稱量槽內加料，等加到設定值時，關閉填充閥，打開循環閥，稱量槽進行超差判斷，備料程序結束。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，關槽沖洗水閥，等稱量槽重量達到管道沖洗點時，關加料閥、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，關相應閥，程序結束。如果分散劑程序聯鎖打“IN”狀態，備料和入料程序全部自動進行。 3.4 引發劑程序控制 單獨啟動時，首先進行選釜號，接著打開填充閥，關閉循環閥，向引發劑稱量槽內進行備料，等達到設定值時，關閉填充閥，打開循環閥，稱量槽進行超差判斷，備料結束。啟動入料程序，啟動加料泵，打開引發劑加料總閥和釜上助劑閥，開始向釜內加料，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、關閥，如果引發劑入料程序聯鎖打“IN”狀態，引發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、引發劑等各種助劑加完后，用熱水把聚合釜內的混合物料加熱到一定溫度，引發聚合反應。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，夾套進口溫度調節采用分程控制，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冷卻法，其工藝本身又是一個大滯后環節，而控制聚合釜內溫度必須在±0.2℃內，才能獲得聚氯乙烯均勻的分子量分布，提高樹脂質量。因此，恒溫控制我們采用以釜溫為主參數、以夾套進口溫度為付參數，釜壓作為前饋的復合串級控制系統。參見48m3聚合釜恒溫控制流程圖、方框圖如下圖。 經過半年來的連續運行，恒溫過程釜溫控制在±0.1℃以內，拐點溫度小于0.5℃，保證了PVC樹脂的質量，達到了我們預期的效果。 為節約能源，夾套出口溫度采用邏輯判斷處理器，實現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，同時釜壓降到參數表中的設定值時，程序自動啟動出料沖洗程序。打開噴淋閥和沖洗水閥，達到沖冼設定時間后，關相應閥門。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量、質量，而且決定該套系統運行良好關鍵步驟之一，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，關涂釜閥，繼續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速，從而保證進料量和塔底液位的穩定。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系統實現聯鎖控制，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 系統調試 為不影響生產，大部分調試工作都在聚合反應的間隙和停車檢修期間進行的。 4.1 硬件設備調試： 對現場檢測儀表，首先從現場加標準信號從DCS上觀察溫度、壓力、流量顯示是否在允許誤差范圍內,然后從操作站上輸出信號看現場閥門動作狀態是否符合要求，反饋狀態、接點信號顯示是否正常，通過此方法，調校自動閥門68臺，液位變送器10臺，流量儀表6臺，重量變送器2臺，從調校結果來看，全部滿足了工藝要求需要，保證了儀表的精度。 4.2 軟件調試： 現場儀表按各回路調試正常后，開始進行各子程序調試,向聚合釜內加水，進行水聯動實驗，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調打下基礎，為最后一次投料成功提供了依據。 5 存在問題及解決辦法 在剛開始的調試、投運過程中我們發現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，后通過仔細觀察發現啟動程序的那一瞬間，泵、總閥、釜上閥同時啟動，出現了共振現象，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，建議電氣和儀表公用一套最好。 在實用過程中，我們發現噴淋閥和底閥的限位開關，電氣、儀表上總出現反饋不同時回來的現象，影響程序繼續進行，通過調整線路改造，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，保證了泵出口壓力的穩定，解決了大電機頻繁啟動帶來的不安全因素。 6 應用結論 6.1 JX—300X DCS系統投入運行半年多來，運行穩定可靠、操作簡便，使工藝指標得以進一步優化，充分發揮了現有設備生產的能力。 6.2 使聚合從入料到出料全部實現自動化控制，提高了樹脂的產量、質量，穩定了工藝指標，簡化了現場操作，減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動生產率。 6.3 使聚合生產達到一百釜不清釜、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，為以后實現調度集中監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，且由于系統卡件的國產化和通用性，降低了備品備件的庫存量和資金占用，降低了生產成本。 6.6 原有的控制系統，大部分采用常規儀表的控制，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系統后，整套系統只需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量，節約資金和空間，充分體現了DCS系統的優越性。 6.7 由于該套系統功能齊全、技術先進、安全可靠，故障率較低，節約了大量的維護資金，創造了很好的經濟效益和社會效益，實踐證明，該系統應用是非常成功的。