信息化輔助生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)

金翔宇

(沈陽(yáng)化工股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110124)

大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至人們?nèi)粘９ぷ魃钪械母鱾€(gè)領(lǐng)域。隨著5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)化生產(chǎn)的信息化將是一次巨大的飛躍。在氯堿行業(yè)，生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化水平?jīng)Q定著其運(yùn)行的穩(wěn)定性。這里所說(shuō)的穩(wěn)定性既包含安全平穩(wěn)運(yùn)行，又包含品質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行。在目前藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司ZMBCH-2.7電解槽配套燒堿生產(chǎn)裝置中，對(duì)于流量、溫度、壓力、流出堿濃度等的自動(dòng)化控制程度已經(jīng)非常高，回路控制也接近100%。但在線分析裝置的配套程度相對(duì)較低，大多數(shù)精鹽水制備控制單元仍采用人工采樣分析。

1 控制點(diǎn)報(bào)警值的設(shè)置理念

對(duì)于擁有DCS控制系統(tǒng)的一線操作人員來(lái)說(shuō)，報(bào)警提示是對(duì)一些手動(dòng)控制單元發(fā)生偏差后及時(shí)調(diào)整校正的重要功能。然而報(bào)警值的設(shè)置是否得當(dāng)，將直接決定該手動(dòng)控制單元控制穩(wěn)定性的高低。

一般來(lái)講單一控制點(diǎn)，如溫度、壓力、流量、液位等的報(bào)警值設(shè)置范圍要低于該點(diǎn)的控制指標(biāo)。例如：某冷卻單元的溫度控制點(diǎn)指標(biāo)范圍是75～85 ℃。首先為了防止該控制點(diǎn)超標(biāo)，要對(duì)其設(shè)置高限、低限兩個(gè)報(bào)警值，同時(shí)報(bào)警值要設(shè)置在75～85 ℃；其次，為了給控制過(guò)程提供時(shí)間保障，報(bào)警值的設(shè)置要兼顧該控制單元的控制能力以及控制滯后情況(如人工現(xiàn)場(chǎng)控制需要考慮信息傳遞時(shí)間以及從接警點(diǎn)至控制點(diǎn)的路程耗費(fèi)時(shí)間等)，基本原則是在報(bào)警后即開(kāi)始實(shí)施控制措施，在接下來(lái)的5 min內(nèi)該值不會(huì)超過(guò)控制指標(biāo)。假定這個(gè)控制點(diǎn)最大溫升速度是1 ℃/min，現(xiàn)場(chǎng)崗位操作人員從工作室到控制閥的時(shí)間約0.5 min，開(kāi)閥時(shí)間約20 s。為了保證在5 min之內(nèi)該溫度不會(huì)超標(biāo)，將高限報(bào)值設(shè)置為83 ℃。這樣，在正常情況下，該控制點(diǎn)的報(bào)警提示是完全可以滿足控制需求的，也就是說(shuō)報(bào)警發(fā)生到采取現(xiàn)場(chǎng)控制均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

控制點(diǎn)發(fā)生異常的誘發(fā)因素是多樣的。例如，上面舉例的冷卻單元，就取決于換熱設(shè)備的換熱能力大小、換熱效率高低、冷卻介質(zhì)溫度高低、冷卻介質(zhì)流量大小、管路保溫情況以及環(huán)境溫度高低等多方面因素。在控制時(shí)要考慮這些因素，根據(jù)不同的工況來(lái)采取不同的控制方法。可是報(bào)警值的設(shè)置在一般情況下是不可以修改的，除非該控制點(diǎn)的控制指標(biāo)并非安全指標(biāo)，而是優(yōu)化后的質(zhì)量指標(biāo)、能耗指標(biāo)等，才可以根據(jù)具體工況來(lái)調(diào)整指標(biāo)范圍以及報(bào)警值。

2 通過(guò)報(bào)警值快速查異

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“PI系統(tǒng)”)的核心內(nèi)容是大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)多數(shù)采集自DCS中央控制系統(tǒng)。PI系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初會(huì)對(duì)每一個(gè)采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的重要性以及該數(shù)據(jù)所代表流程的能力進(jìn)行分析，根據(jù)重要程度大小以及流程能力的高低，有針對(duì)性地設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率，以減小服務(wù)器的存儲(chǔ)壓力。

對(duì)于氯堿這種連續(xù)式生產(chǎn)行業(yè)，流程的管理者通常會(huì)采取多種方式查找生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，在全面掌握生產(chǎn)裝置現(xiàn)狀的情況下，彌補(bǔ)崗位操作人員在操作過(guò)程中、交接過(guò)程中、巡檢過(guò)程中的不足。這其中對(duì)于報(bào)警記錄的查找和分析是了解現(xiàn)狀、找出異常的重要方法之一。如果能夠把PI系統(tǒng)與報(bào)警有效結(jié)合起來(lái)，可以使管理人員非?？焖佟⑷娴夭檎页鰣?bào)警，從而有針對(duì)性地分析原因，尋找解決方法。

DATALINK是PI系統(tǒng)的重要軟件之一，其通過(guò)加載項(xiàng)的方式與辦公軟件excel電子表格的有機(jī)結(jié)合使數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用更廣泛更全面。通過(guò)創(chuàng)建模板，把整個(gè)燒堿生產(chǎn)裝置中各個(gè)工序的所有控制點(diǎn)及指標(biāo)范圍全部列出，通過(guò)過(guò)濾時(shí)間(Time Filtered)功能，計(jì)算各個(gè)控制點(diǎn)所屬工序在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中符合控制指標(biāo)的總時(shí)間長(zhǎng)度，利用這個(gè)時(shí)長(zhǎng)與該工序的運(yùn)轉(zhuǎn)總時(shí)長(zhǎng)相比，得出的比值百分?jǐn)?shù)即可作為報(bào)警限值。當(dāng)比值為100%時(shí)，即該控制點(diǎn)在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)無(wú)報(bào)警。比值越低，說(shuō)明該控制點(diǎn)在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)發(fā)生報(bào)警的時(shí)間越長(zhǎng)。

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)模板的創(chuàng)建，有3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)要注意。①過(guò)濾表達(dá)式中各個(gè)條件的關(guān)系都是邏輯與，包括指標(biāo)的上下限，這其中只有上限的指標(biāo)。為了排除異常值帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤，通常表達(dá)式下限不設(shè)置為0，要設(shè)置為負(fù)數(shù)。例如某儀表的量程是-200～500，當(dāng)該儀表所測(cè)量的實(shí)際值為0時(shí)，測(cè)量值就很有可能低于0。若將過(guò)濾表達(dá)式的下限設(shè)置為0，則計(jì)算出的比值經(jīng)常會(huì)不足100%，從而導(dǎo)致該點(diǎn)提示報(bào)警，可是實(shí)際查找卻并無(wú)報(bào)警發(fā)生。②要找到能夠有效代表各個(gè)工序處在運(yùn)行狀態(tài)的條件。當(dāng)某個(gè)工序發(fā)生停車或局部停車時(shí)，該工序所屬的指標(biāo)往往會(huì)處于報(bào)警狀態(tài)，然而這個(gè)報(bào)警不能夠體現(xiàn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的干擾項(xiàng)，需要在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中將停車或局部停車的時(shí)段過(guò)濾掉。找到能夠有效代表各工序處在運(yùn)行狀態(tài)的條件是非常重要的，這里一般選取1臺(tái)或多臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的起停狀態(tài)、官網(wǎng)物料壓力、高溫環(huán)境的物料溫度等。③加入班組標(biāo)簽。24 h運(yùn)轉(zhuǎn)的企業(yè)多采取倒班制，或四班兩倒或四班三倒，班組標(biāo)簽是后續(xù)統(tǒng)計(jì)班組工作能力、表現(xiàn)程度的主要依據(jù)，所以在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，給過(guò)濾表達(dá)式加入班組標(biāo)簽條件，可以更進(jìn)一步地細(xì)化查異區(qū)域，使報(bào)警查找更快速，使原因分析更有針對(duì)性。

模板創(chuàng)建好后，管理人員每天到達(dá)工作崗位后，打開(kāi)模板，通過(guò)一鍵查找，即可顯示過(guò)去一個(gè)班次或過(guò)去一天內(nèi)所有工序未發(fā)生報(bào)警的比值，這個(gè)比值暫且稱為“無(wú)報(bào)警率”。當(dāng)某個(gè)工序的無(wú)報(bào)警率低于100%時(shí)，點(diǎn)擊進(jìn)入該工序的控制點(diǎn)明細(xì)標(biāo)簽，具體查找發(fā)生過(guò)報(bào)警的具體控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)確定后，打開(kāi)該控制點(diǎn)所在的流程圖，調(diào)出指標(biāo)歷史趨勢(shì)，分析原因，并找出解決辦法。

3 報(bào)警查異實(shí)戰(zhàn)舉例

3.1 廢氣處理系統(tǒng)壓力波動(dòng)查異

在燒堿生產(chǎn)流程中，廢氯氣處理裝置使用填料塔循環(huán)堿液吸收各個(gè)廢氯氣工序送來(lái)的廢氣，是必不可少的環(huán)保裝置[1]。氯氣的吸收反應(yīng)過(guò)程很簡(jiǎn)單：使用風(fēng)機(jī)給整條廢氣處理管線創(chuàng)造負(fù)壓環(huán)境，加上填料塔堿液的不間斷噴淋，保證廢氣中的氯氣全部與燒堿溶液發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸鈉。反應(yīng)過(guò)程中釋放的熱量通過(guò)1臺(tái)冷卻水換熱器帶出系統(tǒng)，廢氣中除氯氣外的其他氣體(氮?dú)庖约吧倭康难鯕獾?被風(fēng)機(jī)送至系統(tǒng)外。

廢氣處理系統(tǒng)的廢氯氣管線的負(fù)壓環(huán)境十分重要。一方面，與氯氣相關(guān)的工序一旦有廢氯氣產(chǎn)生，能夠全部被吸收處理；另一方面，防止廢氣管線氣密性不良導(dǎo)致氯氣外泄至空氣，污染環(huán)境。負(fù)壓環(huán)境采用壓力單回路控制，取壓點(diǎn)在吸收塔入口管線上，在風(fēng)機(jī)的出口處設(shè)置1個(gè)吸氣旁路并安裝調(diào)節(jié)閥，通過(guò)閥門(mén)開(kāi)關(guān)反作用調(diào)節(jié)吸收塔入口壓力，壓力報(bào)警設(shè)置為-3～-1 kPa。日常生產(chǎn)過(guò)程中，由于氣量波動(dòng)較小，該回路在自動(dòng)控制過(guò)程中閥門(mén)的開(kāi)關(guān)變化量不大，壓力平穩(wěn)。

在裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行中，隨著氯氣吸收量的逐漸增大，循環(huán)堿液濃度逐漸降低，次氯酸鈉溶液的有效氯含量逐漸升高。當(dāng)循環(huán)堿液質(zhì)量濃度降低至1 g/L以下時(shí)，為了避免過(guò)量的氯氣使次氯酸鈉溶液分解而生成鹽，該槽循環(huán)液將停止循環(huán)，切換至備用堿液循環(huán)槽進(jìn)行循環(huán)。

異常查找：通過(guò)查異模板，發(fā)現(xiàn)氯氫處理工序的無(wú)報(bào)警率是99.62%，查找具體控制點(diǎn)，廢氣壓力的無(wú)報(bào)警率是98.59%。進(jìn)一步打開(kāi)廢氣壓力的歷史趨勢(shì)與循環(huán)槽切換時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在堿液循環(huán)泵停止后，廢氣壓力無(wú)異常波動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)崗位對(duì)儲(chǔ)槽的出入口手閥切換操作完畢后，啟動(dòng)循環(huán)泵的瞬間，廢氣系統(tǒng)負(fù)壓迅速降低，自動(dòng)閥門(mén)打開(kāi)速度較慢，導(dǎo)致壓力突然降低，出現(xiàn)低限報(bào)警。

原因分析：廢氯氣通入量一定，在停止循環(huán)時(shí)，進(jìn)入廢氣吸收塔的廢氣流量沒(méi)有變化，原本在吸收塔被吸收的廢氯氣在尾氣塔被吸收，剩余氣體的量沒(méi)有明顯變化，吸氣閥門(mén)開(kāi)度略有升高。啟動(dòng)循環(huán)泵時(shí)，大量堿液從吸收塔噴淋，迅速大量吸收氯氣使局部形成較大的負(fù)壓，導(dǎo)致壓力波動(dòng)。

解決方法如下。①啟動(dòng)循環(huán)泵時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員要聯(lián)系中控操作人員，要求其實(shí)時(shí)觀察廢氣壓力變化情況，必要時(shí)手動(dòng)干預(yù)調(diào)整。②在啟動(dòng)循環(huán)泵時(shí)，要求現(xiàn)場(chǎng)操作人員緩慢打開(kāi)泵出口閥門(mén)，使循環(huán)量緩慢提升，以減少瞬間負(fù)壓的可能性。③嘗試調(diào)整該壓力控制回路的PID參數(shù)，縮短該回路在擾動(dòng)發(fā)生時(shí)的處理時(shí)間。

3.2 溴化鋰?yán)鋬鰴C(jī)組性能查異

溴化鋰?yán)鋬鰴C(jī)組是通過(guò)降低水的沸點(diǎn)，在7 ℃左右蒸發(fā)吸熱，給冷凍水提供冷量[1]。在蒸發(fā)室蒸發(fā)后產(chǎn)生的水蒸氣被溴化鋰溶液吸收，稀溶液通過(guò)與濃溶液、蒸汽凝水以及中間液的預(yù)熱后，利用蒸汽對(duì)其進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸發(fā)出的水蒸氣在冷凝器冷凝，冷凝過(guò)程放出的熱量以及濃溶液多余的熱量通過(guò)循環(huán)水帶至系統(tǒng)外。

異常查找：同樣通過(guò)查異模板，發(fā)現(xiàn)3#溴化鋰?yán)鋬鰴C(jī)組的冷凍水出口溫度無(wú)報(bào)警率為96.77%，查看該溫度歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組出口溫度有一段時(shí)間高于8 ℃，發(fā)生報(bào)警。

原因分析：通過(guò)對(duì)溴化鋰機(jī)組的各流程進(jìn)行排查梳理，以及機(jī)組與機(jī)組間的指標(biāo)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：3#機(jī)組的循環(huán)水供水與回水溫差較正常值低2 ℃左右，冷凝水溫度較正常值高3 ℃左右。由此判斷該機(jī)組冷凝器換熱不良，導(dǎo)致溴化鋰溶液再生不徹底，本該被循環(huán)水帶走的熱量沒(méi)有完全被帶走，導(dǎo)致制冷效果變差，出口冷凍水溫度出現(xiàn)高限報(bào)警。

解決方法如下。①對(duì)備用機(jī)組的冷凝器進(jìn)行化學(xué)清洗。②適當(dāng)加大循環(huán)水的流量，降低循環(huán)水溫度，直至冷凍水溫度離開(kāi)報(bào)警區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是通過(guò)創(chuàng)建PI報(bào)警查異模板后快速查找異常實(shí)戰(zhàn)過(guò)程的描述。信息化工具準(zhǔn)確性更高，計(jì)算速度也更快，并且使用簡(jiǎn)便，能有效代替人工手動(dòng)計(jì)算是重要方向。信息化對(duì)于此類功能性的開(kāi)發(fā)會(huì)逐步應(yīng)用至各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)層級(jí)，使查異更簡(jiǎn)單，更精準(zhǔn)。