流量自控系统在化工生产中的应用

安 涛

（山东瑞康安全评价有限公司，山东 日照276808）

在化工生产中，反应釜内化学反应进程剧烈与否宏观反映到温度、压力等参数上。如果反应太过剧烈极易造成釜内温度、压力骤升而爆釜，酿成严重后果。保持参加化学反应的各物料按特定比例匀速进入反应釜，实现化学反应平稳进行，是保证安全生产、提高产品质量的最有效的措施之一。

图1 控制系统原理图

1 羧基丁苯胶乳生产工艺简介

苯乙烯、 丁二烯在丙烯酸，Na2SO3，H2S,氨水等引发作用下，在聚合釜内发生聚合反应生成羧基丁苯胶乳。化学反应式如下：

该化学反应是在密闭容器内特定温度下的放热反应。随着化学反应的进行及釜内物料的增多，反应釜内的压力不断增大，温度不断升高。如果单位时间内进的物料过多,化学反应进行的就比较剧烈，短时间内释放的热量就比较多，温度就很难控制，容易引起爆聚，物料报废，对设备和人员安全也造成很大威胁；如果进量过小或比例不一致则会导致羧基丁苯胶乳性能发生改变，胶乳的牌号质量也就很难得到保证，同时会导致物料反应不彻底，产率下降。

山东金马化工有限公司羧基丁苯胶乳生产中原来采用人工控制截止阀开度大小的方法尽量保持匀速进料，但由于进料后随着放热反应的进行，热量来不及散发出去，釜内温度急速升高，压力波动较大，很难对其实现良好有效的控制。原工艺对熟练工人的依赖程度很大，新工人能独立操作大约需两年左右的时间，而且副反应较多，影响产品质量或甚至物料报废，造成损失。针对这种情况我们设计了一套流量自动控制系统以实现对物料进料速度的控制，达到匀速进料平稳反应的目的。

流量数字调节自动控制系统 （the digital regulation and automatic control system of flux），山东金马化工有限公司羧基丁苯胶乳生产工艺中对主要原料苯乙烯、丁二烯的进料速度的控制采用的就是这套控制系统。控制系统原理图如图1。

2 控制系统介绍

流量自动控制系统是通过对被控参数进行控制并自动分析，再按已定控制规律向执行机构发出相应的控制信号，由执行机构完成控制动作的过程。控制系统基本框图如图2。

2.1 测量及变送单元

因所测介质丁二烯有沸点低、密度受压力影响变化大的特点，我们选用美国Rosemount公司生产的8800C型质量流量计。该流量计能同时测量物料的瞬时流量、压力、温度、密度等参数。它采用光电感应控制调整被测参数，例如可以根据实际需要调整任一参数的量程、零点及显示方式等，测量精度很高。它还可同时输出多通道4～20mADC标准化信号，具有RS232标准通信接口，可与上位机相联组成更高级的自动化控制系统。

2.2 执行机构

我们采用上海自动化仪表七厂的35-35222型气动调节阀作为执行机构。该阀带有电气阀门定位器，能利用负反馈原理改善调节阀的定位特性，使调节阀按控制信号更加准确定位，控制精度达0.1%。根据我厂的生产工艺特点我们选用气开式对数流量特性。该调节阀小开度信号时Kv系数小控制平稳，调节阀大开度信号时Kv系数大控制较快。系统断电时阀门自动关闭。

图2 控制系统基本框图

2.3 控制器及参数整定

控制器采用天津蓝深科技有限公司生产的LS-3型仪表。该表属于通用型仪表，采用先进的微处理器进行智能控制，输入/输出回路间完全光电隔离，具有很好的抗干扰能力。该仪表可根据控制器的比例度P、积分时间Ti、微分时间Td的具体数值自动演算出最佳的输出控制信号，输入输出信号均为4～20mADC标准信号。控制器我们采用负作用的控制方式。

LS-3型仪表具有手动、自动两种工作方式。两种工作方式完全实现无扰动切换。具体操作如下：

（1）检查气路、电路系统是否连接可靠

（2）按SET键进入参数设定状态，有关参数设定如表1：

表1 一级参数整定参考值

（3）控制目标SV的设定

按SET键5s后进入一级参数设定，按DISP键可上下翻动查看各参数设定值。在所需参数显示后可通过▲键或▼键改变参数大小；通过SET键改变小数点位数。SV设定后，可按SET 3s后锁存。

（4）二级参数设定

在仪表一级参数设定状态下，按DISP键显示CLK时，通过▲键或▼键使CLK=111111，3s后仪表自动进入二级参数设定状态。参数设定可通过DISP查看类型，▲键或▼键改变大小，SET键改变小数点位数，二级参数修改完毕后按SET键5s锁存，仪表自动回到测量状态。根据生产实际需要我厂的二级参数整定如表2。

表2 二级参数整定参考值

（5）仪表手动和自动切换

按H/A键可实现手动或自动控制。自动控制状态下，手操器操作失效，仪表完全按已输入整定后的参数自动运行。根据我厂的实际使用情况来看，综合误差低于1%，完全达到使用要求。

2.4 流量自动控制系统操作步骤

（1）根据工艺要求设定合理的参数；

（2）检查控制系统的电路、气路是否连接正常；

（3）检查整个进料系统管路、各设备是否处在待工作状态；

（4）开启苯乙烯或丁二烯上料泵（或氮气加压阀）；

（5）观察流量实际测量值。实测流量在设定值附近波动，控制精度可达0.5%；

（6）进料完毕后，仪表断电调节阀自动关闭。

3 结束语

流量自动控制系统经过多年的实际生产检验，控制目标满足了生产工艺的要求，使用至今系统仍然运行稳定，大大降低了工人的劳动强度，生产效率、产率和质量都得到了明显的提高,没发生过爆釜和物料报废事故。经化验测定，成品一次合格率100%，胶乳固含量也由改造前的46%达到了现在的47%，每年为公司增加效益约27万元。

注释：

①该系统的设计改造项目曾获得山东省日照市2003-2004年度优秀创新成果奖.