ECS-700系统在聚酯生产中的应用

姚士英

(中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶部，200540)

ECS-700系统在聚酯生产中的应用

姚士英

(中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶部，200540)

通过分析聚酯生产的方法及工艺流程，根据聚酯切片生产的技术要求及装置原有分散控制系统(DCS)的应用现状，介绍了ECS-700 DCS系统的总体设计方案和配置，最终实现了ECS-700 DCS系统在聚酯切片生产过程中的应用。

聚酯 分散控制系统 控制方案

中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)聚酯装置生产能力为100 kt/a，主要产品为聚酯专用料切片，包括超有光切片和膜级切片。该装置是20世纪80年代从美国进口的整套设备，在正常运行20多年后，原有的分散控制系统(DCS)出现故障率逐渐增加的情况，同时由于该控制系统年代较久远，相关设备的备件价格高且不容易购买，存在系统可靠性降低等问题。上海石化经过对国内外的控制系统综合比较后，决定将原有DCS控制系统进行整改，换用浙江中控技术股份有限公司(以下简称浙江中控)最新研发的ECS-700控制系统。

1 聚酯主要工艺流程

上海石化聚酯装置包括浆料配制工序、第一酯化工序、第二酯化及工艺塔工序、第一缩聚工序、第二缩聚工序、输送工序。主要工艺流程见图1。

图1 聚酯生产工艺流程

装置以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料，采用直接酯化连续缩聚工艺生产聚酯专用料切片。PTA通过一条输送能力为30 t/h的输送线从大料仓送到日料仓，新鲜EG用泵通过管线从罐区送入本装置。装置主流程共设置5个反应器，其中2个立式酯化反应器，2个预缩聚反应器，1个后缩聚反应器，2个酯化反应器共用1个分离EG和水的工艺塔。第一预缩聚反应器为立式槽，不设搅拌装置，用液环真空泵产生真空，第二预缩聚反应器和终缩聚反应器为圆盘式，2个反应器共用1套四级EG蒸汽喷射泵系统。每个缩聚反应器与其配套附属的真空设备间设刮板冷凝器，第二预缩聚反应器和终缩聚反应器之后分别设有熔体过滤器。切片生产使用水下切粒机，用气力输送方式将切片输送至成品仓。

2 ECS-700控制系统在聚酯装置上的应用

2.1 ECS-700控制系统简介

ECS-700系统是浙江中控WebField系列控制系统之一，是致力于帮助用户实现企业自动化的大型高端控制系统。系统支持16个控制域和16个操作域，每个控制域支持60个控制站，每个操作域支持60个操作站，单域支持位号数量为65 000点。

ECS-700系统按照可靠性原则进行设计，能充分保证系统安全可靠。系统所有部件支持冗余，在任何单一部件故障情况下系统仍能正常工作。同时ECS-700系统具备故障安全功能，输入/输出(I/O)模块在网络故障的情况下，能自动进入预设的安全状态，可以有效保证人员、工艺系统或设备的安全。

另外，ECS-700系统作为大规模联合控制系统，具备完善的工程管理功能，包括多工程师协同工作、组态完整性管理、在线单点组态下载、组态和操作权限管理等，并提供相关操作记录的历史追溯。ECS-700系统融合了最新的现场总线技术和网络技术，支持PROFIBUS、MODBUS、FF、HART等国际标准现场总线的接入和多种异构系统的综合集成。ECS-700系统整体结构如图2所示。

图2 ECS-700系统整体结构示意

上海石化聚酯装置DCS改造项目共设置5个操作站、2个工程师站、2个控制站和一套冗余过程控制网络。除切粒输送系统通过浙江中控的COM722通讯模块与DCS系统通讯外，其余设备均由DCS自动控制，控制回路132个，涵盖常规PID单回路控制、串级控制、分程控制、比例控制。联锁控制共计45个，在联锁切除/投用和联锁值设定方面比原系统更加简单和直观，只要权限允许，在工艺联锁画面用鼠标打开对话框即可操作。聚酯装置现场电气仪表I/O监测点共计2 800 个(包括备用点在内)，类型包括控制器FCU711-S、I/O连接模块COM711-S、PROFIBUS主站通信模块COM722-S、模拟信号输入模块AI711-S、热电阻信号输入模块AI731-S、模拟信号输出模块AO711-S、数字信号输入模块DI711-S以及数字信号输出模块DO711-S，其中AI模块576个，AO模块440个，DI模块1 040个，DO模块544个，全部I/O信号模块通过通讯电缆连接并实现聚酯装置的自动控制。

2.2 主要控制方案设计与实施[1]

2.2.1 浆料调制控制

PTA粉料经旋转给料器定量送出，通过振动筛把粉料中夹带的异物除去，以防损坏称量装置。PTA称量装置是一台质量流量计，对PTA粉料作连续计量加入到调配槽，用PTA的进料量调节EG的加入量和催化剂加入量，以保证稳定的浆料配比。

浆料调制过程：PTA供应槽和EG供应槽向浆料调制槽连续注料，同时使用部分酯化釜回流EG注入。符合要求密度的浆料由泵送到浆料供应槽，供酯化流程使用。

物质的量比控制方案：浆料调制槽的PTA注入量由回转阀转速决定，EG的注入量是EG供应槽流量和酯化回流流量的总和。控制物质的量比的目的是控制浆料槽的出口物料密度，密度控制模块为主回路，物质的量比控制模块为副回路，EG流量控制模块为下级副回路。控制PTA和EG的注入量，即可控制浆料中各组分物质的量比。在此，PTA注入量变化较小，回转阀转速由电气变频直接控制，DCS主要控制EG的注入阀来达到控制物料物质的量比和密度的目的。而物质的量比的稳定有助于提高酯化质量，减少副产物的产生。

2.2.2 数据的平滑处理

带有搅拌器的反应器，因为搅拌器的运行引起液位的波动，使得液位的实时测量值波动也非常大，如果不经平滑处理直接作为控制回路的输入，则会引起调节阀门频繁动作，使得阀门的使用寿命大大减少，所以在本项目中需要对带有搅拌器的反应器的液位值进行平滑处理。以R04.1反应器液位为例(见图3)，经过平滑处理的液位值相对未经平滑处理的液位实时测量值有了明显的改善。

图3 调整前后液位走势

2.2.3 第二预缩反应器黏度与电流变化率控制

来自上一工段的预聚物自流进入第二预缩聚反应器，操作压力是其最重要的控制参数，用安装在出料管路上黏度计的测量值或搅拌器电流值的变化率(电流值的变化率可以间接的反应黏度)调节压力控制值，通过调节第三级喷射泵平衡蒸汽管线控制阀的开度来调节反应器的操作压力。

2.2.4 后缩聚反应器大林黏度控制

后缩聚反应器中操作压力的变化对改变特性黏度最敏感，因此是最重要的控制参数，在控制中用反应器出口特性黏度的测量值和圆盘转子转动电流来调节操作压力的控制值。另一个重要参数是料位，在反应器进、出料侧各设置一个料位计，通过两个料位的数据来调节输送泵的出料量以及物料的停留时间。该控制对象是纯滞后对象，使用大林算法来控制，大林算法是由美国IBM公司的大林(Dahllin)于1968年针对工业生产过程中含纯滞后的控制对象的控制算法。该算法的设计目标是设计一个合适的控制算法，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。

2.2.5 第三方设备的接入

现在的控制系统基于安全性、复杂性和先进性，会采用很多第三方系统，并要求DCS系统与这些第三方系统进行可靠通信。ECS-700系统通过配套的COM722通信模块与切粒输送部分的PLC控制系统进行互联，使得操作员在控制室内就可以控制切粒输送设备，并可以获得切粒输送设备的数据。PROFIBUS主站通信模块COM722作为一个PROFIBUS-DP主站接口，用于将标准PROFIBUS-DP从站设备接入ECS-700系统，也可以通过西门子耦合器和链接器接入PROFIBUS-PA设备，COM722-S作为PROFIBUS-DP系统的主站，和标准PROFIBUS-DP从站通讯，比特率187.5～1 500 kpbs。

3 结束语

聚酯生产装置的正常生产对控制系统、联锁系统的要求较为严格。浙大中控的ECS-700控制系统在该项目中充分发挥了其先进性，在程序量比较大的条件制约下，控制器处理速度及存储容量的提高满足了复杂的运算及程序执行的要求，已经能够满足生产各种需要。该套系统实现了生产管理网对现场数据的获取，以及通过OPC浏览生产现场实时数据等功能，满足了生产监视、程序控制、操作画面、参数报警、资料记录及趋势等项的功能要求，运行安全可靠。国产化DCS系统在生产中的更多应用使得项目改造成本不断降低，而且操作方法易学易会，工艺流程一目了然，完善的人机交互给运行人员带来了全新的操控体验。

[1] 王再英，刘淮霞．过程控制系统与仪表[M]．北京：机械工业出版社，2006.

从丹化科技年报看煤制乙二醇真实成本

2015年3月4日，丹化化工科技股份有限公司(以下简称丹化科技)发布2014年年度报告，2014年公司实现营业收入10.27亿元，同比增长38%，实现净利润1 743万元，同比扭亏为盈。丹化科技称，公司主要由控股子公司通辽金煤化工有限公司(以下简称通辽金煤)开展生产经营活动，产品有3种：乙二醇、乙酸和催化剂。

年报数据显示，2014年通辽金煤共生产乙二醇126.6 kt，乙二醇总成本5.37亿元，亚化咨询据此计算通辽金煤2014年乙二醇生产成本为4 242元/t(含原材料、人工工资、能源、折旧和其他)，相比2013年大幅下降1 817元/t。研究表明，成本的降低主要归功于开工率的提升带来的每吨产品分摊折旧、人工和原料消耗的降低。

年报披露，2014上半年通辽金煤的生产经营状况仍存在起伏，平均生产负荷约为64%。在6月的停车检修后，生产负荷和产品质量均得到明显提升，全年共生产乙二醇126.6 kt、乙酸52.2 kt，年平均负荷约76%，其中下半年平均负荷约89%。

2014年丹化科技共销售乙二醇128.3 kt，乙二醇营业收入6.66亿元，据此计算乙二醇销售单价为5 189元/t(不含附加税)，毛利率达17.7%。年报还显示，2014年丹化科技乙酸和催化剂分别实现1.95亿元和1.35亿元的销售收入，毛利率分别为50.3%和46.1%。

亚化咨询根据年报数据绘制了丹化科技销售收入的区域分布图。从分布图中可以看出，华东和华南地区共占丹化科技总销售来源的68.5%。2011年以来，华北等地稀土冶炼企业对于稀土分离及提纯的工艺整合，使乙酸市场出现供不应求的局面。再接合年报披露的，2014年前5名客户销售额5.36亿元，占年度销售总额的52.3%。据此推测通辽金煤乙酸主要销往华北地区用于稀土冶炼，催化剂主要销往河南永金、而乙二醇主要销往华东和华南地区，并且已经大规模应用于聚酯生产。

2009—2015年中国华东地区乙二醇价格大部分时间高于7 000元/t(含附加税)。因此可以认为，当国际油价处于合理区间，煤制乙二醇的确具有良好的利润空间。

2015年度通辽金煤的首要任务是继续本着“安全、稳定、连续、高产、优质”的生产方针，争取实现全年平均生产负荷达到设计产能的85%以上，年产销乙二醇145 kt、乙酸55 kt，优等品产出率稳定在98%以上。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

Application of ECS-700 System in Production of Polyester

Yao Shiying

(PolyesterDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

Based on analysis of the production methods and process of polyester, in view of the technological requirements of polyester clips production and the application situation of original distribution control system (DCS) of the plant, the overall design scheme and configuration of ECS-700 DCS system were introduced, which were successfully applied in production process of polyester clips.

polyester, DCS, control scheme

2015-01-26。

姚士英，女，1966年出生，1989年7月毕业于西北大学数学系数学专业，理学学士学位，工程师，从事计算机运行工作。

1674-1099 (2015)02-0047-04

TP273

A