氯化工艺自动化控制技术

氯化工艺自动化控制技术 孙晓敏1，丁献宾2 (1．惠生工程(中国)有限公司 ，河南 郑州 450006 ;2．郑州兰博尔科技有限公司 ，河南 郑州 450009) 【摘要】 以氯乙酸工艺为典型氯化工艺，从工艺、设备的特点及布置方式、反应机理等方面开展研究，逐点分析控 制系统设置的控制点、重大危险源的监控点，以及采取的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，最后与法律法规要求的控制点进行比较，论述 控制措施的完备性。 【关键词】 氯化工艺 ;氯乙酸生产装置 ;自动化控制 【中图分类号】 TQ056． 8 【文献标识码】 B 【文章编号】 1003 － 3467(2011)10 － 0025 － 03 氯乙酸工艺为氯化典型工艺，通过对工艺系统 分析，掌握氯化工艺的主要控制点，确定控制及联锁 方案，进行自动化控制系统研究，为氯化工艺的自动 化改造工艺提供技术支撑，并提供保证控制系统安 全的资料。 1 生产工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 概述 本文研究的氯乙酸生产工艺［1 － 4］主要采用硫黄 催化醋酸氯化、氯化液结晶、离心分离母液得氯乙酸 成品的间断氯化生产工艺。 1． 1 氯化工序 该工序以液氯和醋酸为原料，醋酸来自于醋酸 储罐，泵入醋酸计量罐中，计量罐中的醋酸计量后利 用位差压入氯化反应釜。自液氯钢瓶来的液相液氯 经气化器 45 ℃热水气化后进入氯气缓冲罐(液氯 钢瓶下部设有计量磅称计量) ，再经流量计控制流 量进入氯化反应釜中，与反应釜中的醋酸在硫黄催 化剂催化作用下发生氯化反应，其主反应方程式为: CH3COOH + Cl →2 CH2ClCOOH + HCl 氯气总管道上设有氯气压力检测报警仪及氯气 切断阀门，氯气压力控制在 0． 25 MPa以下。氯化反 应温度控制在 96 ℃ ± 2 ℃，压力控制在 20 kPa 以 下，氯化反应釜设有温度、压力检测报警仪，温度、压 力与氯气总管道上氯气快速切断阀门联锁，温度、压 力超标快速切断阀门动作切断氯气。氯化通氯流量 控制采用“小—大—小”的控制方式，可以实现手动 和自动切换。氯化液的相对密度检测达到 1． 35 后， 停止通氯，氯化液备用。 1． 2 结晶工序 将备用氯化液抽入结晶釜，在结晶釜内先升温 到 85 ～ 90 ℃，启动搅拌，用冷却水将料温降至 60 ℃ 时，向釜内加入晶种约 10 kg，关闭冷却水，自然搅拌 降温，并根据釜内料液情况，再加母液 700 ～ 800 kg。 当料温降至 48 ℃时，开水冷却直至物料降至 25 ℃ 时，即可被离心分离使用。 1． 3 离心分离工序 结晶后物料放入离心机内，在离心机离心作用 下，母液与结晶的氯乙酸分离，母液进入母液槽，可 以供氯化使用或销售;分离得到的晶状氯乙酸经计 量包装即为氯乙酸成品。 2 控制系统概述 控制系统［5］以西门子 S7 － 300 系列 PLC 可编 程控制器为核心，上位机亦采用西门子高性能的组 态软件，使用操作可靠，实用稳定的监控程序，具有 全中文界面，实时数据显示、压力盒温控曲线、报警 和操作记录，以及完整的生产 报表 企业所得税申报表下载财务会计报表下载斯维尔报表下载外贸周报表下载关联申报表下载 等管理功能，并嵌 入反应釜智能化自动化控制模块。该系统分四个层 次来完成对反应釜生产过程的综合控制。第一层 次:完成接收反应釜内温度压力参数，实时显示。 第二层次:根据反应釜内温度和压力以及各种 工艺条件，分析反应状态，进行温度调节，并优化主 要工艺参数的越界报警和处理功能。第三层次:根 据工艺模块所要求，反应釜升温曲线等不同的控制 收稿日期:2011 － 04 － 31 作者简介:孙晓敏(1981 －) ，女，从事化工设计工作，电话:15981833081。 ·52·2011 年 5 月 第 28 卷 第 5 期(下) 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 特性，通过 PLC 模块输出调节模块、动作反应釜氯 气电动调节阀，实现反应釜全过程智能化控制。且 预留 20%的余量，为企业日后的扩展做准备。第四 层次:配备 UPS 不间断电源和系统冗余设计，保证 系统检测的稳定性和生产的安全性。 3 工艺控制过程描述 ①在工控机上按“开始”按钮，系统开始运行， 开始投料，通入硫黄粉和冰乙酸，将反应釜的温度控 制在 65 ℃，开始通入氯气，在工控机上点击“自动 运行”按钮，整个系统将按要求开始自动运行。 ②根据生产工艺，要求反应釜在 65 ℃下通氯 气，通过工控机人机界面检测反应釜温度，反应釜温 度 65 ～ 70 ℃，反应相对密度为 1． 03 ～ 1． 10;反应釜 温度 70 ～ 75 ℃，反应相对密度为 1． 10 ～ 1． 2;反应 釜温度 75 ～ 80 ℃，反应相对密度为 1． 2 ～ 1． 25;反 应釜温度 80 ～ 85 ℃，反应相对密度为 1． 25 ～ 1． 3; 反应釜温度85 ～ 102℃，反应相对密度为1 ． 30 ～ 1． 353。以上就是不同时间段对应的反应相对密度， 通过系统显示的温度，知道反应进程，进行温度控 制，达到生成氯乙酸的反应条件。当反应终点相对 密度为 1． 35 时即为反应终点。保温反应 1 h 后加 入循环母液冷却结晶，在凝固点以上 1 ～ 2 ℃加入晶 种，缓慢冷却至 25 ℃左右，经抽滤或离心分离制得 产品。 ③当反应温度超过 102 ℃时，即为非正常状态， 系统报警，并可设定联动阀门控制。 ④反应釜压力监测，正常状况下压力为 39． 997 ～ 46． 663 kPa，当压力超过 59． 995 kPa时，为非正常 状态，系统报警，并设定联动阀门控制。 4 控制系统设备 热电阻温度计、压力变送器、调节阀、可编程控 制器(PLC)、组态软件、工控机、UPS电源等。 ①温度表、压力表:选用耐腐防爆型 PT100 热 电阻温度计(衬四氟)测量反应釜物料温度，选用耐 腐防爆型 EJX510 压力变送器。每个反应釜安装 1 个温度计，1 个压力表，均将信号输入 PLC。 ②调节阀:采用 Q941F4 － 16C防爆型调节阀。 ③可编程控制器(PLC) :采用性能稳定的西门 子 PLC。具体配置如下:电源模块 PS307(5A) ，CPU 是 315 － 2DP，DO 模块 SM321(32 点 2 个) ，AI 模块 (SM3318 点的 6 个) ，另外可以扩展通讯模块，如采 用工业以太网则可以用 315 － 2 pn /pd 取代 315 － 2DP，如采用串口通讯则需加 CP340 等，具体 20%的 IO点的余量，为日后扩充做好准备。实现整个温 度、压力自控系统的分段控制、时间控制及逻辑控 制，并以通讯的方式与工控机联机，实现其他功能。 PLC 采集由 PT100 送来的反应釜温度信号、由 EJX510 送来的反应釜压力信号，经过计算及处理 后，输出信号去控制电动调节阀的开度，从而使反应 釜物料温度达到工艺预先设定的程序要求，使反应 釜压力在正常安全状态下。控制系统具有冗余功能 保证一台 CPU发生故障另一台马上投入，时间相差 在毫秒级，实现控制不间断，生产正常运行。 ④组态软件:采用西门子无限点组态软件。 ⑤工控机:采用性能稳定的研华工控机，4U 高 支持 14 槽背板，配置 250 WATX PFC PS /2 电源，前 端可安装 3 个半高磁盘驱动器，一个 3． 5“FDD和一 个内置 3． 5”磁盘驱动器，前置 USB /PS2 接口，前置 系统状态监测模块，能抗冲击、振荡，并能在高温下 稳定工作，可支持 ATX母板和 400 W PFC电源。通 过人机界面，实时显示反应釜物料温度、压力，保存 并记录所需数据和曲线，以多种形式输出，如实时曲 线、历史曲线、日报表、月报表等，代替人工记录方 式。 ⑥UPS备用电源:采用工业在线 UPS 电源提高 电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间，使 企业产生更大的效益。UPS的基本功能是在断电的 情况下，能够实现不停电切换，为其他设备继续供 电，同时在电压不稳时，能够起到稳定电压的功能， 同时具有抑制电网的电压冲浪，保证计算机及网络 系统的正常工作与数据不受干扰。 ⑦冗余设置:冗余的概念是一台 CPU 发生故 障，另一台马上投入，时间相差在毫秒级，两台 CPU 要求时间严格的同步;用 315 － 2DP 实现的备份实 际上是由软件实现的，两台 CPU中只有一台执行冗 余备份，另一台跳过该段程序以实现同步。可用在 切换时间要求不严格场合，实现软冗余功能。 ⑧泄压装置:设计中安装泄压装置，保证生产特 殊时段的安全。泄压阀是一种在其工作介质侧静压 过大时开启，使介质流出直至恢复正常压力值的自 动泄压装置。该装置在工作介质达到一定的静压时 开启，防止介质压力增长到超过预先确定的最大安 全值。一旦系统压力下降至低于该阀的整定压力， ·62· 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY 2011 年 5 月 第 28 卷 第 5 期(下) 恢复到正常情况时，该阀就会自动关闭，以防止介质 过量流失。整定压力(开启压力)和回座压力取决 于阀的类型和调整。它可以是安全阀、泄放阀、安全 泄放阀或先导操作安全泄放阀。 ⑨琴式控制操作台:操作台系列产品采用全钢 结构，整板折弯成型，结构紧固，前面板可安装显示 器，台面上可安装键盘、鼠标、电话等设备，台面下部 适合放置主机和其他设备。 5 自动化完备度 对照《国家安全监管总局关于公布首批重点监 管的危险化工工艺目录的通知》，生产装置自动化 控制系统完备度如下所述。 5． 1 反应釜温度和压力的报警和联锁 控制情况:①氯化反应为气液接触放热反应，放 热主导因素为氯气进量，通过控制氯气流速可实现 控制反应釜温度。氯乙酸氯化反应釜温度采用 Pt100 一体化温度变送器，通过多回路自适应 PID 控制算法，控制液氯汇流排出口气动控制阀开闭，达 到控制反应釜温度的目的。当温度超过设定值时， 自动切断液氯汇流排出口阀门和氯气分配器进口管 道阀门，同时发出报警信号，通知工作人员关闭液氯 钢瓶阀门。②氯化反应釜压力信号采用 HR － M1RP2 压力变送器，自适应 PID 控制算法控制压力 目标值，采用限位控制方式控制液氯汇流排出口气 动控制阀开闭和氯气分配器控制阀开闭。液氯汇流 排出口及氯气缓冲罐出口采用气动调节阀配 DKZ 系列执行器。当温度超过 1 次设定值时，发出报警 信号，通知工作人员调整氯气进口管线阀门开闭程 度，若工作人员未及时调整或调整未起到作用使釜 内压力继续升高达到 2 次设定值时，则给出 2 次报 警信号通知工作人员关闭液氯钢瓶阀门并自动切断 液氯汇流排出口阀门。③氯气缓冲罐顶设 HR － M1RP2 压力变送器，自适应 PID 控制算法控制压力 目标值，采用限位控制方式控制液氯汇流排出口气 动控制阀开闭。液氯汇流排出口采用气动式控制 阀。完备度好。 5． 2 反应物料的比例控制和联锁 由于项目采用间接法生产氯乙酸，反应简单且 反应温度温和，釜内压力为微正压，因此不设置比例 控制，完备度好。 5． 3 搅拌的稳定控制 本项目氯化反应不涉及搅拌过程。 5． 4 进料缓冲器 气化器后设置缓冲罐(气液分离器)1 台。完备 度好。 5． 5 紧急进料切断系统 氯化反应釜压力信号采用 HR － M1RP2 压力变 送器，自适应 PID控制算法控制压力目标值，采用限 位控制方式控制液氯汇流排出口气动控制阀开闭及 氯气缓冲罐出口控制阀开闭。液氯汇流排出口及氯 气缓冲罐出口采用气动调节阀配 DKZ系列执行器。 完备度好。 5． 6 安全泄放系统 事故状态下氯气吸收中和系统;氯气缓冲罐设 置 A41Y － 160P 型安全阀，安全阀放散管线先引至 泄放缓冲罐再引至碱罐，事故状态下同时关闭液氯 汇流排出口管线阀门;缓冲罐底部设排污阀，排污至 事故处理池。完备度好。 5． 7 可燃和有毒气体检测报警装置 氯乙酸车间、液氯钢瓶罩棚设置 HL － 200 型氯 气检测报警器，控制器安装在车间控制室内，配 OLCT20 型固定式有毒气体监测探头，反应时间 ＜ 30 s、防护等级 IP54，报警音量≥80 dB(A) ，事故情 况下自动开启换气扇轴流风机。完备度好。对照 《关于加强重大危险源监督管理工作的指导意见》， 重大危险源氯乙酸车间和液氯气化区均为视频监 控，现场安装摄像头，控制室监控，完备度好。 6 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 通过对氯化工艺自动化控制技术研究，可及时、 全面、准确地识别反应氯化工艺的各控制点的实时 信息，并进行反馈，降低由于人工控制带来的风险。 其分析过程和结果可为后续氯化工艺自动化控制改 造工作提供必要资料参考。 参考文献: ［1］ 周学勇．间歇氯化生产氯乙酸工艺的改进［J］．中国氯 碱，2006，(2) :13 － 15． ［2］ 骆 雁．氯乙酸生产工艺及成本分析［J］．中国氯碱， 2007，(9) :22 － 24． ［3］ 陈 浩，曹晓楠，鲁晓琴，等． 氯乙酸生产工艺及市场 分析［J］．精细与专用化学品，2011，19(2) :1 － 4． ［4］ 张翼鹏，马剑飞．氯乙酸的生产工艺、研究进展及市场 分析［J］．河南化工，2010，17(9) :25 － 27． ［5］ 鲁明休．化工过程控制系统［M］．北京:化学工业出版 社，2006． ·72·2011 年 5 月 第 28 卷 第 5 期(下) 河南化工 HENAN CHEMICAL INDUSTRY