中控JX-300XDCS控制系統在PVC密閉化生產中的應用

控制系統    時間:2014-03-13 23:34:43
中控JX-300XDCS控制系統在PVC密閉化生產中的應用簡介
摘 要 :在PVC生產中採用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。The application o……
中控JX-300XDCS控制系統在PVC密閉化生產中的應用正文

摘 要 :在PVC生產中採用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。
The application of JX-300X DCS cortrol-system in PVC hermetization production
HUANG jin-bao LIU yue-jv
( Henan shenma chlor-alkali Chemical Co.,Ltd., Pingdingshan 467001,China)
Key words: PVC; JX-300X; DCS cortrol-system
Abstract: Adopts JX-300X DCS control system to autocontrol the whole process of PVC polymerization in PVC production ,Achieved the hermetization of PVC production ,and that is the purpose of prospective。
   河南神馬氯鹼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,由於原控制系統規模小而且無法擴容,經反覆調研,最終決定控制系統採用JX-300X。我們在改造時把6台聚合釜的入料控制、升溫控制、恆溫控制、汽提控制,壓縮冷凝回收控制、離心乾燥等控制集中在一個DCS控制系統內,實現聚合入料、恆溫、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,為便於轉化、分餾DCS系統和聚合DCS兩個系統網路連接,最後確定聚合DCS採用浙大中控的JX-300X系統。該套系統不僅能滿足生產監視、過程式控制制、操作畫面、參數報警、數據記錄及趨勢等功能,而且採用的是國內先進的軟硬體技術,結構靈活、安全便於維護,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台(包括一台工程師站)、控制站1個、控制機櫃2個、繼電器櫃1個,控制迴路28個,I/O機籠7個,電源箱4個等系統配置。
   控制站是採集處理信號並進行運算輸出,具有故障自診斷功能,控制站主控卡、數據轉發卡、電源採用熱備用冗餘配置,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數,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)塗釜沖洗水操作畫面;7)1#—6#釜的操作畫面;8)回收操作畫面;9)汽提操作畫面;10)恆溫控制參數;11)配方表。這些畫面滿足了聚合生產控制的需要。

2 現場配套電氣儀錶裝置
  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台,程式控制閥門和自動調節閥71台,程式控制泵15台。

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,而後通過熱水夾套升溫、恆溫控制、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,經過離心乾燥去除水份最後包裝成袋狀樹脂的過程。對於這麼一個複雜的過程,採用全自動化控制后,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台釜的密閉入料控制;6台釜的升溫、恆溫控制;6台釜的滏釜、出料沖洗控制;汽提塔控制;壓縮冷凝回收控制及離心乾燥控制等,分別介紹如下:
  密閉入料控制過程比較複雜,控制要求高,採用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、塗釜程序、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。另外還設有單體迴流、沖洗水迴流、中途注水迴流三個自定義單迴路控制。

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,並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,讓單體迴流閥固定在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、反衝程序,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、恆溫控制
   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,我們採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,由軟手動切向恆溫控制狀態,夾套進口溫度調節採用分程式控制制,4-12mADC控制冷水閥,12-20mADC控制熱水閥,由於聚合反應是採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佈,提高樹脂質量。因此,恆溫控制我們採用以釜溫為主參數、以夾套進口溫度為付參數,釜壓作為前饋的複合串級控制系統。參見48m3聚合釜恆溫控制流程圖、方框圖。
   經過半年來的連續運行,恆溫過程釜溫控制在±0.1℃以內,拐點溫度小於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,夾套出口溫度採用邏輯判斷處理器,實現熱回水和冷回水控制。當夾套出口溫度大於55℃時,熱回水閥打開,熱水回到熱水槽;小於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。

3.6 中途注水控制
   當反應釜恆溫到一定時間后,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
   從安全形度考慮,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 塗釜程序控制
   塗釜是密閉入料比較重要的順控程序之一。塗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,我們採用塗釜順控程序,打開沖洗水閥沖洗一定時間后,開蒸汽閥門烘乾,接著開塗釜閥,啟動塗釜計量泵,進行塗釜到設定時間后,停塗釜泵,關塗釜閥,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,實現自動塗釜過程。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採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迴路進行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、迴流控制、離心機進料控制等全部採用單迴路的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 硬體設備調試:
   對現場檢測儀錶,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範圍內,然後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台,液位變送器10台,流量儀錶6台,重量變送器2台,從調校結果來看,全部滿足了工藝要求需要,保證了儀錶的精度。
4.2 軟體調試:
   現場儀錶按各迴路調試正常后,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,為最後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並進行了處理。
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、開閥的先後順序控制程序,解決了這一振動,消除了不安全隱患。
5.2 每台釜噴淋閥底閥上的限位開關,建議電氣和儀錶公用一套最好。
在實用過程中,我們發現噴淋閥和底閥的限位開關,電氣、儀錶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、儀錶共同的目的。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,以及泵出口迴流一直處於自控狀態,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 提供了通訊介面,通過集線器可以和遠程計算機連接,為以後實現調度集中監視工藝過程式控制制提供了條件。
6.5 可靠性較高,降低了儀錶維護工作量,且由於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,大部分採用常規儀錶的控制,控制迴路、檢測點多,控制儀錶多,控制櫃多且安裝分散。採用JX—300X系統后,整套系統只需2個控制櫃、一個繼電器櫃、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 由於該套系統功能齊全、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。

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