甲醇精餾工藝自動控制系統(tǒng)的應用

劉 蕓

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

粗甲醇的一般由水、甲醇、其他有機雜質(zhì)組成，而對粗甲醇提純的基礎主要為待提純粗甲醇、溫度、濕度等的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，只有這三項處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)才能保證粗甲醇提純工作的順利完成，以求用最經(jīng)濟的條件獲得最多量的精甲醇。而在實際生產(chǎn)過程中，一般都難以控制其他兩項，都是用粗甲醇來調(diào)節(jié)提純系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在進行這種操作的同時還要保證其他兩相條件保持不變，由此可見難度之大。

1 自動控制系統(tǒng)概述

某公司主要以生產(chǎn)保險粉(Na2S2O4)為主，其中保險粉的不合格母液主要成分即為粗甲醇，為達到降低生產(chǎn)成本，同時減少環(huán)境污染的目的，該公司對不合格母液(粗甲醇)進行提純操作，得到精甲醇用以重復生產(chǎn)使用。但限于公司原有生產(chǎn)線上的自動控制機械數(shù)量不足，不能對新增加的粗甲醇提純工作進行監(jiān)測，于是對國內(nèi)現(xiàn)在有的粗甲醇提純工作監(jiān)測手段進行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)對粗甲醇提純工藝過程的控制手段主要有兩種。一種為常規(guī)型，即對生產(chǎn)過程中的甲醇精餾工藝各種儀表信息進行及時掌控跟蹤，屬于人工型，主要為手動操作，耗費人工量大，對一些生產(chǎn)規(guī)模較小的單位和生產(chǎn)線較為適用；還有一種對粗甲醇提純工藝過程的控制手段為DCS監(jiān)控系統(tǒng)[1]。

兩種控制手段各有利弊，第一種控制手段的缺點主要為利用人工量多，由于監(jiān)控點分散，需要使用的儀器眾多，因此出現(xiàn)故障的概率也較大，而由于為人工操作，因此連動能力有限，導致處理問題的效率有待提高且人工費用較大，不利于業(yè)主的投資控制；第二種控制手段的缺點主要是一次性投入過多，且DCS 監(jiān)控系統(tǒng)對能源的耗費量大，對相關的所有硬件要求都很高，同時由于是高科技系統(tǒng)、專業(yè)性強，對相關操作人員的素質(zhì)要求也非常高，只有專業(yè)的人員才能進行更好的操作，使儀器的利用率達到最大。DCS 監(jiān)控系統(tǒng)引入國內(nèi)已久，最早始于20世紀七八十年代，隨著科技的不斷進步與發(fā)展，DCS 監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷進步。經(jīng)過調(diào)查比對，一種以PLC為主的監(jiān)制系統(tǒng)控制方式以其特有的優(yōu)勢而被應用到生產(chǎn)中來。

2 自動控制系統(tǒng)的工作原理

甲醇在精餾過程中會因為各種各樣的原因?qū)е缕鋵ΡO(jiān)控技術監(jiān)控的空白，為盡量避免這種問題的出現(xiàn)，企業(yè)要做到將PLC、HMI進行有機結合，以求用較低的成本獲得最大的利用效果，另外通過將PLC、HMI進行有機結合，可獲得常規(guī)DCS 監(jiān)控系統(tǒng)，使DCS 監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控方面發(fā)揮正常作用，甚至能夠發(fā)揮超出現(xiàn)在邏輯水平的作用[2]。

2.1 控制反應器溫度

反應器作為控制工藝的關鍵部分，生產(chǎn)水平直接影響生產(chǎn)安全與產(chǎn)品質(zhì)量，壓力控制和工藝參數(shù)直接取決于產(chǎn)品質(zhì)量。從現(xiàn)實反饋的信息來看，確保反應溫度的平穩(wěn)性一直是重點，運行期間，若不能迅速逸出反應熱，很可能因為內(nèi)部正反饋，讓反應溫度迅速升高，甚至難以控制。從圖1反應器控制系統(tǒng)流程圖可以看出。進料系統(tǒng)流量控制的平穩(wěn)性直接影響著反應溫度，所以需要通過橢圓齒輪、質(zhì)量流量與流量定值進行控制，然后自動控制反應物料，以此保障反應溫度的穩(wěn)定性。對于工藝特點，從控制角度的方面分成過渡、溫度升壓、恒壓恒溫。運行期間，對精度要求最大的是恒壓恒溫，并且是整個反應的重點。為減少因為溫場帶來的誤差，使用A級別的WZPK測溫，它具有質(zhì)量穩(wěn)定、衡量精確、反應迅速、周期長等特點。Ptl00信號針對的是蒸汽調(diào)節(jié)閥，4 mA～20 mA針對的是循環(huán)水調(diào)節(jié)閥。

圖1 反應器控制系統(tǒng)

針對該項目中的反應器，因為容量大、熱效應強等優(yōu)勢，很容易影響傳熱效果，利用內(nèi)溫一夾套溫度與單回路控制很難滿足要求，如果使用DCS進行控制很好地克服了該問題，改善了控制精度。

為此，要進行合理的配置。該項技術的技術主控器為PLC，對甲醇精餾過程進行監(jiān)控，由技術主控器PLC進行方案與過程的控制，同時執(zhí)行數(shù)據(jù)相關的操作，包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)發(fā)送等，通信、邏輯聯(lián)鎖等操作也均交由PLC執(zhí)行，而所有數(shù)據(jù)的顯示、操作過程、各種參數(shù)值的設定及警報系統(tǒng)等的相關顯示工作均由顯示器完成，而所有想要進行輸出的工作，由打印機完成。

3 自動控制系統(tǒng)的工作流程

自動控制系統(tǒng)的實施旨在為人們的生產(chǎn)和生活提供方便與快捷，對甲醇精餾工藝的自動控制操作系統(tǒng)在實施過程中的主要功能如下。

1) 要做好甲醇精餾工藝的操作首先要保證甲醇精餾工藝的順利進行，而對粗甲醇提純的基礎主要為待提純粗甲醇、溫度、濕度等的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，只有這三項處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)才能保證粗甲醇提純工作的順利完成。因此，自動控制系統(tǒng)的首要任務就是對生產(chǎn)過程中的各種溫度、濕度、壓力、流量、PH等眾多參數(shù)進行采集工作，同時利用PLC系統(tǒng)中的顯示器對所有需要進行顯示的數(shù)據(jù)進行顯示，并由計算機保留所采集到的各種參數(shù)數(shù)值至少28 d的時間，作為歷史比對數(shù)據(jù)進行長期的數(shù)據(jù)積累分析。

如圖2 DCS液位串級控制示意圖所示，T001與T002是化學反應的展現(xiàn)，兩個搭間，進料與出料一直有關聯(lián)作用，以此達到串聯(lián)控制的要求。連鎖控制則是為了保護設施，避免設備故障和其他損害[3]。事實上，連鎖控制更多的是通過運算邏輯達成。就更改調(diào)節(jié)閥、切斷電磁的角度來看，操作人員必須及時切除報警裝置，以確保正常應用。

圖2 DCS液位串級控制示意圖

2) 在自動控制系統(tǒng)中添加手動控制。手動操作系統(tǒng)中有手動操作的優(yōu)勢，雖然比較耗費人力，且對問題的監(jiān)控存在弊端，但是手動操作系統(tǒng)中也有很多自動控制系統(tǒng)中沒有的優(yōu)勢，如：在進行手動操作的過程中，相關技術人員可以充分利用自己的經(jīng)驗，對各類儀器進行調(diào)試，對各種參數(shù)進行設置，也能夠?qū)Ω鞣N突發(fā)問題做出本能的解決方法，在最短的時間內(nèi)提出可行的解決方案。在自動控制系統(tǒng)中添加手動控制，能夠彌補各自系統(tǒng)中的不足之處，二者相輔相承，以PDI過程參數(shù)進行輔助，使提純粗甲醇、溫度、濕度等三項系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，保證生產(chǎn)過程[4]。

3) 自動控制系統(tǒng)的PID自動控制的實現(xiàn)，主要依賴于各種操作參數(shù)的輸入設置。相關技術人員要根據(jù)工藝特點、儀器特點等，結合自身豐富的工作經(jīng)驗與相關實測數(shù)據(jù)，將操作參數(shù)進行輸入設置，輸入各項參數(shù)后，自動控制系統(tǒng)便會自動進行PID自動控制，包括精餾塔底溫度的控制、原料流入量的控制等等[5]。

4) 甲醇在精餾的工作過程中要求提純粗甲醇、溫度、濕度等三項系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，而在精餾塔內(nèi)蒸汽的存在會對精餾塔內(nèi)的溫度產(chǎn)生很大的影響。為了使蒸汽對精餾塔內(nèi)的溫度的影響最小，通常采用的調(diào)節(jié)方法是將溫度與流量進行串級回路的方式。在這種調(diào)節(jié)回路系統(tǒng)中，通常以溫度調(diào)節(jié)器為主，流量調(diào)節(jié)器為輔，將溫度調(diào)節(jié)器確定后的輸出值作為流量調(diào)節(jié)器輸入的確定值，兩個調(diào)節(jié)器共同工作，保證工作的順利完成。這此種串級回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)當中，系統(tǒng)調(diào)節(jié)結果的準確性有賴于工程的整體性，大多數(shù)情況下，時間常數(shù)大小不同，一般流量副環(huán)的時間常數(shù)要比流量副環(huán)以外的時間常數(shù)大，對于滯后時間也是一樣，流量副環(huán)的滯后時間要比流量副環(huán)以外的滯后時間大。不僅如此，波動頻率在主環(huán)與副環(huán)中的大小也不同，且差距還比較大，對于這種狀況，首先要斷開主環(huán)，即放開主調(diào)節(jié)器，重新設定副調(diào)節(jié)參數(shù)。這就使調(diào)節(jié)系統(tǒng)從自動系統(tǒng)變換到手動系統(tǒng)中來，而副調(diào)節(jié)器卻仍然能夠保證進行獨立工作。

5) 自動控制模式系統(tǒng)與手動控制模式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的共性之一就是都會對安全性能要求高的對象進行聯(lián)鎖控制，在甲醇在精餾的工作過程中，系統(tǒng)會通過壓力設定指標而自動調(diào)節(jié)蒸氣注入量；通過控制殘液的排出而調(diào)節(jié)塔底的溫度設定。在這一階段，為保證儀器生產(chǎn)的正常進行，系統(tǒng)會拒絕接受人工輸入的參數(shù)，只有在恢復正常后，人工的輸入?yún)?shù)才能起到相應的命令作用。

4 結語

粗甲醇提純的基礎條件為待提純粗甲醇、溫度、濕度等處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，只有這三相處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)才能保證粗甲醇提純工作的順利完成，操作要求較強，本文通過對甲醇精餾工藝自動控制系統(tǒng)的應用問題進行了分析與闡述，以期能夠為今后的甲醇精餾生產(chǎn)工作提供一定的借鑒與參考。