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1、三氯自动化控制技术的研究 2.3.1三氯DCS操作系统的应用研究 随着化工工艺技术的进步以及化工生产对安全环保日益严格的要求，化工生产已经逐步走向自动化，DCS作为一种现代化先进的控制手段，被化工生产企业广泛采用，日趋成熟，因此，从项目立项开始，氯化异氰尿酸（以下简称三氯）的生产必须采用DCS系统就被作为共识确定下来。三氯的生产虽然历经几十年的发展，可还是停留在手工作坊式生产阶段，全靠手工操作，简单的仪表各自为战，缺乏整体统一性以及相互关联，限制了产量的提升并造成相当大的安全隐患，这种生产方式已经满足不了现代化规模化生产的需要。据了解国内还没有三氯企业将DCS系统应用在实际生产中，对于我们来说
2、这既是创新也是挑战。由于我厂漂粉精生产的程控化已经达到比较完善的程度，三氯项目的建设完全可以借鉴其成熟的经验进行设计和开发。DCS所具备的特点能够满足三氯生产的需要主要表现在以下几个方面：一三氯生产中大量的重量压力流量温度等的模拟量的采集和控制需要有相应的数据采集和控制系统。二需要满足各种机电设备和阀门等的开关量的反馈以及顺序控制要求。三在三氯生产中，配浆成盐反应二氯反应以及氯化干燥工艺过程的实现需要模拟量和开关量功能相结合的混合控制。四满足DCS系统一般系统要求：界面友好简单，系统响应时间短，可靠安全，便于系统维护和升级。五离心机，板框机的PLC运行信号能以PROFIBUS-DP通讯的方式在
3、DCS上显示，便于对关键设备的在线监控和管理。六系统应该有OPC服务接口能将三氯数据库纳入全厂数据信息管理系统，满足企业企业综合自动化ERP/MES/PCS系统的要求。 2.3.2主流DCS系统的比较研究 相对于国外DCS系统，国内产品具有不可比拟的性价比优势，虽然国内产品在功能多样性以及性能上与进口产品还存在这一些差距，但国内企业良好的售后服务以及在研发力度上加大投入使得技术和硬件上的差距逐步减小，随着技术进步，价格上的优势越来越明显。通过我厂在漂粉精装置上的应用，国内的浙大中控的系统和和利时的系统完全能满足本项目的生产需要。同时，这两家企业的DCS系统各有侧重，各有优缺点。和利时的系统早期
4、应用在电力系统较多，近年来在化工方面案例逐渐增多。浙大中控则一直以化工为重心。 2.3.3三氯DCS控制系统的选择及效果 在比较了国内两家DCS的优缺点并结合我厂DCS应用的实际情况，本项目最终采用浙大中控ECS-100 DCS控制系统。ECS100系统采用2台冗余FX247X控制器,具有响应时间短快速准确低功耗的特点；控制器电源采用意大利先控UPS,与市电可实现无扰切换，确保系统供电安全稳定；通讯卡、数据转发卡件、I/O卡件以及网络总线等设备均做冗余设置；端子间采用点点隔离，相应强电信号采用继电器隔离。系统所设置的一台工程师站和6台操作站等设备能满足系统工程的维护修改、备份等的管理以及装置工
5、艺操作上的要求，操作系统软件在中文环境下运行界面友好，操作方便。同时系统支持在线无扰下装，能够满足正常生产时系统增加或删除通道以及修改控制策略的需要。三氯装置系统控制达到如下水平：实现工艺装置的分散控制集中管理。在控制室内完成工艺装置正常运行时的全部监视与控制及异常与事故状态下的报警与紧急操作，并完成部分先进过程控制策略;在工艺装置开停车、正常运行工况下和异常工况下能自动对各有关参数进行采集和数据处理，定时打印报表,正常工况下进行工艺装置性能计算，实时处理经济信息和成本核算，实现工艺装置经济运行,当参数越限时可报警和自动打印,可进行事件顺序记录,发生事故后，可进行事件顺序检查和事故前后一段时间
6、的追忆、打印;可在工艺装置允许的负荷变化范围内投入各模拟量控制系统，消除运行过程中产生的各种扰动，维持工艺装置主要运行参数的稳定;当工艺装置发生异常事故时，通过保护联锁或人工干预，自动或手动切投有关设备或系统;现场离心机和板框机运行状态能够显示在屏幕终端；由总公司配套实施的数据库管理系统可实时采集现场工艺数据传递到数据管理中心，便于实现全局监控和管理。三氯系统控制运行I/O点数规模如下统计：监测控制AIDIAIAODIDO420mADC420mADCRTD420mADC420mADC420mADC+HART+HART三氯仪表211764822698机泵7878风机螺旋6767搅拌2222总计1
7、537648436339DCS规模S21612096496496400经统计，三氯现场总I/O点数为1052点，考虑百分之二十的通道余量，加上外围可能增加的点数，确定系统总规模1428点，可以满足将来现场增加设备扩容的需要。2.3.4三氯生产过程的主要检测和控制方案的研究 1）配浆系统的程控化设计 三氯配浆罐采用KM称重系统，将重量信号传送到DCS，在界面以百分点数显示出来，同时在顺控程序SFC中作为配方依据，控制加水阀门开闭和氰尿酸加料器启停。首先在程序中设定配方参数：水的加料点S1氰尿酸的加料点为S2。在屏幕点击开始命令，程序开始运行，首先判断满足运行条件，然后打开加水阀门，重量达到S1时
8、，关闭阀门，开启氰尿酸加料器，重量达到S2时停止加料器，并将该配浆罐标志为满罐。三台配浆罐达到满罐条件时顺序依次启动出料阀门，保证成盐反应器的原料供应。在该程序中设计了相关联锁内容确保每个程序动作之间不会相互影响。通过以上设计满足以下工艺条件：每个配浆罐可以单独自动运行，互不影响;配方参数可以在线调整；配料浓度保持一致；重量测量精度为千分之二，满足准确度要求；操作员可以点击运行暂停跳步复位等按钮实现对工艺运行的灵活操控。 2）成盐反应的程控化设计 三氯成盐是三氯生产的一个关键控制点，反应生成的三钠盐中过碱量的多少直接关系到氯化反应的安全稳定高效的运行。因此这里除了设定有效的配方参数，还需要相对
9、复杂精细的顺控程序控制。顺控过程：加解析液，加三氯配浆液，加水，加回收氰尿酸，加碱。最后一步加碱时有时间要求：将一定量的碱分两步加入，前快后慢，前加入量设定点SJ1后设定点SJ2，在前一步骤中我们开启调节阀并设定开度为K1，当重量达到设定点SJ1时，将调节阀设定开度变为K2，调节阀的开度K1，K2与加碱时间的对应关系要在实际生产过程中摸索确定。在上述完成后，反应静置时间T1后，可以将该反应器标记为完成，等待向钠盐储槽出料。钠盐出料泵的开启也受程序控制，满足出料的泵依次开启，不停的循环。 3）氯化反应的程控化设计三氯氯化反应控制方式为连续式，对象是主反应器主要从下面几个方面控制及监视。a.氯化速
10、率：调节主反应氯气流量与预氯化器的pH值的对应关系，采用系统提供的PID调节模块，以pH值为被控量即设定值，计算并生成一个氯气阀门开度达到控制氯化速率的目的；b.主反应器温度控制：通过控制调节阀开度调节冷冻水量；c.主反应器反应过程监视：分析主反应的PH值，主反应器的压力和温度；d.进入主反应器三钠盐流量控制；分析三钠盐流量与氯气流量之间的对应关系；e.反应器主釜和两个副釜搅拌器的电流监视。4）干燥系统的程控化设计a.干燥器温度的控制由温度控制PID模块完成，信号驱动现场蒸汽调节阀开度实现干燥器内温度的控制。b.由变频器，控制模块，及现场料位仪表组成的系统实现压实造粒系统稳定连续的运行。 c.
11、 干燥系统风机，压实造粒机等设备的电流监视。5）母液处理系统的程控化设计a. 由液位变送器，调节阀组成的调节系统控制各母液罐液位运行b. 由流量计，调节阀组成的调节系统控制工艺管路中母液流量 c. 由热电阻，调节阀组成的调节系统控制工艺管路中母液温度 d. 由ORP，PH计，调节阀组成的调节系统控制母液中碱或者亚硫酸钠的加入量，以使母液的氧化还原电位及pH值在规定的范围之内。 e.吸附塔程序包含每个塔的吸附，碱洗和酸洗的过程。每个塔既可以单独运行，也可以三塔协同运行。以时间控制每个进程，三个塔切换操作。在每个过程前都要加入一个抽气的步骤，启动真空泵将充满液体内的残余气体抽出，以使达到吸附效果。
12、6）液位、流量、温度控制回路 程序中共设计了49个PID控制回路，用于调节PH值、液位、流量、温度等参数，满足常规自动调节的需要。在实际应用过程中，PID整定参数的设置尤为重要，需要在线根据实际情况调整该变量，经过前期试运行摸索改善，已达到满意的调节效果。在今后的运行当中还要不断改善。6）二氯反应的程控化设计程序关键：四个二氯反应器要与三个二氯结晶器对应，也就是四个二氯反应器中的物料要打到三个与反应器同体积的结晶器中，而且结晶器没有料位显示，控制存在难度。解决方案：在结晶器出料管线上设置一个压力变送器，压力下降到0时判断料出空；在反应器反应完成后标记为完成，结晶器为空时先启动反应器出料泵，出料
13、泵再找满足出料条件的结晶器。这样就找到了4对3的方法，在程序模拟运行中效果良好。7）电视监控系统在装置内设置了13点监控摄像头，在线监控关键设备的运行状态，现场环境。8）装置安全自动化的研究为保证了设备仪表的安全稳定运行，避免工艺跑冒事故发生，采取以下安全措施：a. 设备和设备以及仪表间进行联锁，防止设备和仪表在非正常状态下运行。b. 在氯气系统发生泄漏情况下，自动切断氯气系统。c. 干燥器温度过高，自动切断蒸汽。d. 现场环境氯气检测，自动报警。e. 液位底限联锁和液位高限联锁。f. 干燥系统中料位开关检测堵料。g. 设置高限报警，通过声音和显示提醒操作人员。h. 氯化反应器安装有四个PH探
14、头，在线监测氯化浆料的PH值，作为操作者监控反应器主要参数。同时调控氯气加入量。确保反应器安全运行。8）电气自动化的研究和实现 现场电气运行信号全部在系统显示，现场电气都根据工艺的不同要求实现了远程控制，部分电气的运行电流等参数都在系统显示，便于监测。电气柜根据自动化控制的要求做了相应的设计。2.3.5三氯现场主要仪表选型研究与实施仪表设备购置要坚持质量第一、性能价格比高和全寿命周期成本最低的原则。在选型过程中，我们既借鉴了漂粉精仪表选型的经验，又结合三氯生产的特点，坚持货比三家，优先选择质优价廉产品，又要稳定可靠，满足生产的需要。1） 温度测量仪表温度测量选用钛套管保护铠装热电阻，便于在线维
15、护，同时满足工艺要求，延长使用寿命。2） 压力测量仪表一般选用普通压力变送器以及液位变送器，腐蚀性或易堵场合选用EJA膜片密封法兰式压力变送器。现场压力指示通常选用弹簧管压力表、微小量程压力测量选用膜盒式压力表，腐蚀性或易堵场合可选用隔膜压力表。3） 流量测量仪表对于有腐蚀性且需要精确计量的氯气流量，选用高精度的涡街流量计。进出装置(工厂)界区的盐酸蒸汽液碱等公用工程系统进行计量时，采用涡街流量计电磁流量计等，气体及蒸汽场合考虑了温度压力补偿，现已移交计量管理部门。现场母液测量大多采用电磁流量计，根据工况要求以及现场显示方便，部分流量检测及现场指示可选用转子流量变送器及现场转子流量计。4） 液位测量仪表。分为三类：一类是称重仪表，在配浆罐，成盐反应器，二氯反应器及氰尿酸回收罐上使用，精度高反应灵敏；一类是EJA差压变送器，能较准确地将液位信号传送到DCS上。另外一类是在粉料仓中不便于安装液位计的地方，设置温度料位杆，通过不同部位
