对水胶中和远程控制技术改造的探讨

谢怀坤

摘 要：作为重要的工业炸药，水胶炸药以较好的物化性能与爆炸性能得到了广泛使用。但在水胶生产的过程中，甲胺与硝酸的中和工序具有一定的危险性，需要实现“无人化”自动控制生产。基于这种情况，本文以青海海西东诺化工有限公司的水胶生产线技术改造项目为例，对水胶中和远程控制技术改造问题进行了探讨，并提出了中和工序的改进措施。

关键词：水胶中和；远程控制；技术改造

中图分类号：R64 文献标识码：A

在水胶生产线上，中和工序是至关重要的环节，会产生大量的热。而使用的硝酸与甲胺原料分别为强酸和强碱，中和得到的产物对温度比较敏感，在高温环境中具有一定的危险性。为增强水胶生产的安全性，生产水胶的很多化工企业纷纷开始使用电气技术实现生产控制。而实现对水胶生产线的远程控制，则能使操作人员远离生产线实现中和工序的操作控制，进而使水胶生产安全性得到进一步提高。

1.项目概况

青海海西东诺化工有限公司是一家从事水胶生产的化工企业，生产的水胶产品拥有优良的性能，并深受用户欢迎。目前，该公司水胶生产线主要采用硝酸与甲胺进行水胶生产，制造工艺主要包含中和、浓缩、溶解、混合4个部分，生产出的水胶炸药形似果冻。在水胶生产过程控制方面，该公司已经实现了电气化生产，分别在“中和浓缩”和“溶解混合”两道工序上完成的PLC站点设置，从而利用控制系统实现水胶生产过程的控制。此外，公司也在现场完成了防爆操作箱的设置，并安排专人进行现场控制。所以在水胶中和生产过程中，需要依靠人为现场操作（2～3人）实现生产过程控制。但是，硝酸和甲胺在中和过程中将释放大量热，容易引发火灾，仅依靠人工控制难以实现现场意外的及时处理，所以很容易给现场控制人员带来伤害。因此，还需要实现中和环节的自动控制，以实现水胶生产的“无人化”操作，进而在尽可能减少生产事故发生的同时，为生产操作人员提供保护。针对这一情况，青海海西东诺化工有限公司决定进行水胶中和工序的技术改造目，以实现中和工房的远程操作控制、监控，继而满足工序零操作人员的要求。

2.水胶中和远程控制技术改造

2.1 水胶中和工艺

在水胶炸药生产的过程中，中和工序是重要关节。从工艺原理上来看，就是使甲胺与浓硝酸反应，从而获得硝酸甲胺。而作为炸药组分中主要的敏化剂，硝酸甲胺也是一种炸药。在甲胺与硝酸反应的过程中，又会释放大量的热，所以将使水胶中和具有一定的危险性。从工艺流程上来看，生产线共有两组中和浓缩设备，会进行同工艺交错生产。而中和工序使用的机械设备包含中和反应装置、储藏输送系统、搅拌系统和冷却系统。其中，反应装置包含硝酸逻辑阀、中和罐、中和排料阀等，搅拌系统包含水密封、搅拌电机和传动系统等，冷却系统包含冷却水泵、阀门和冷却塔等，储藏输送系统则由VIP泵和溶液储罐等结构构成。在生产的过程中，硝酸泵先会被启动，从而将储罐中硝酸投入中和罐。在硝酸达到一定量后，甲胺将被输送到中和罐中。在投入甲胺的过程中，搅拌电机将进行不断搅拌。而操作人员还要加强中和温度的密切监视，并直至甲胺到达一定量后，利用pH试纸进行检测。如果pH过大，操作人员还要在现场进行硝酸微调罐的调节。如果pH过小，操作人员则需要进行甲胺微调罐的调节，直至pH符合工艺规定。中和结束后，系统会利用VIP泵将料吸至浓缩罐进行浓缩。

2.2 中和工序的PLC控制

在整个中和工序操作过程中，甲胺中和是至关重要的环节，未加强控制就会导致安全事故的发生，所以还应将该环节当成是重点的技术改造内容。目前，中和控制系统将采用PLC微机系统进行中和控制，其核心部件包含PLC控制系统、现场采样变送器、气动阀、逻辑阀、电磁阀和二次仪表等。在工作过程中，系统会在注酸时将有关逻辑阀关闭，并直至满足闭锁条件后将硝酸逻辑阀打开。此时，硝酸逻辑阀会将硝酸泵启动。当达到标定的酸量时，系统会将硝酸逻辑阀与泵关闭，以完成注酸过程。在进行甲胺中和时，系统将进行相关设备启动，并在闭锁条件达到时打开甲胺逻辑阀，操作人员则可以利用手动阀进行甲胺量调节。如果闭锁条件发生变化，系统会将甲胺逻辑阀强行关闭，以提供闭锁保护。在系统中和完成后，相关设备将会关闭，操作人员则需要通过微调进行pH值调节。在pH调节完成后，系统将打开中和排料阀，储罐内溶液则会被泵送到浓缩工序。

2.3 技术改造内容

针对现有水胶中和工序控制情况，想要实现中和工序的“无人化”控制，还要完成新控制室的建设，并使各设备动作及工序的现场控制与控制室的操作保持同步。想要达成这一目标，还要在保持原有操作流程不变的基础上，将原来在现场的操作箱的所有操作转移至控制室，并进行硝酸、甲胺流量远程调节与监控、远程微调及pH在线检测、视频监控和其他相关参数采集等功能的实现。此外，应保留原操作箱，以作为备用控制设备。

2.4 技术改造的實现

2.4.1 远程操作的实现

在实现中和工序的远程操作时，考虑到原本工序使用的操作箱拥有较多手自动按钮，容易出现操作错误，还应在新设的控制室进行远程PLC站点的设置，从而使系统的可靠性得到提高。而使用的PLC系统为欧姆龙CS1系列，在系统通信上采用ControlLink工业通信实现控制站与原中和站的PLC系统通信。采取该种发展相对成熟的通信方式，能够确保数据交换的可靠性，并减少线路改动，因此能够使系统施工成本得到减少。利用DI点，则能将原本操作台上的加酸和加胺等指令接入PLC系统，并利用DO点实现设备状态及工艺流程指示灯的控制。经过数模转换，则能将硝酸流量、甲胺流量、中和温度、浓缩真空度等采集得到的参数转化为4mA～20mA的电流信号，并利用数字显示表显示出来。而控制室操作台应采取原本操作箱的布局，并且使用原本的操作方法，以便使操作人员能够轻松进行控制室操作。在实际进行远程控制时，根据显示表上显示的流量、温度、压力等参数，操作人员就可以进行相应操作。此外，为对设备的状态进行实时控制，还要进行工控机的配置，以便利用上位机画面进行设备状态的实时显示。

2.4.2 物料流量的远程调节

使用原有中和控制系统，操作人员需要在现场利用手动阀进行硝酸流量及甲胺流量的调节。在实现技术改造时，可以在原来的硝酸手动调节阀及甲胺手动调节阀后端进行气动调节阀的加装，并在原来的中和浓缩PLC站进行DA模块增设，然后通过控制4mA～20mA模块量信号实现阀的开度控制，继而实现硝酸与甲胺流量的调节。在原本中和工序中，操作人员还要在pH测试环节现场进行硝酸微调罐和甲胺微调罐的控制，以实现中和工序的微调控制。因为，原本的加酸和加胺主管道较大，拥有较大流量。如果阀门开度较小，会出现打回流的情况。另外，硝酸及甲胺储罐距离中和浓缩工房较远，需要一定时间才能实现加酸与加胺，因此需要利用硝酸和甲胺的微调罐进行pH微调。为实现该环节的“无人化”操作，还应在微调罐玻璃管液位计上进行液位开关加装，然后利用安全栅将开关连接到PLC系统，继而实现微调罐的液位报警。而微调罐主体结构为不锈钢密封结构，所以还应进行非接触式液位开关安装。此外，还应进行启动球阀加装，以实现微调罐的远程控制。

2.4.3 pH的在线测试

在原本的操作工序中，完成甲胺操作后，操作人员还要从中和罐中取样，然后利用pH试纸进行pH值的检测，以确定中和程度。而这一过程实际具有较大的危险性，还应实现“无人化”操作。为此，还应进行在线pH检测功能的实现，即在顶部进行pH计的安装，并确保其插入液面深度50cm左右，从而使其在单纯硝酸液面之上。而直至甲胺加到70%左右时，液面才与pH探头接触。此外，还要进行pH计变送器的安装，从而为PLC系统提供4mA～20mA的电流信号，然后利用ControlLink网络将检测结果传送至监控室，以供控制室的操作人员参考。

2.4.4 视频监控

在中和工序的控制过程中，存在一定的生产风险，所以还应加强对生产现场的监控管理。使用原有控制系统，可以完成设备状态及参数信号的采集，并传输至控制室。而为使生产现场的监控得到进一步加强，还应在现场安装视频监控，从而进行现场生产画面的实时传送。此外，为方便控制室的操作人员掌握全局信息，还应实现生产画面监视器、上位机监视器与操作台的集成。

2.5 技术改造效果

从技术改造项目的运行效果来看，水胶线技术改造方案得到了顺利实施，能够实现全部远程操作，所以实现了水胶中和工序的“无人化”控制，并且能够达到预期的控制要求。

结论

通过研究可以发现，使用远程控制技术对水胶中和工序进行设计改造，能够实现水胶生产的“无人化”自动控制生产。而实现水胶炸药生产线中和工艺的无人操作，不仅能够使水胶生产技术得到进一步发展，还能为从业人员提供更多安全保障，所以可以推动水胶生产行业的发展。因此，相信本文对水胶中和远程控制技术展开的研究，可以为相关工作的开展带来启示。

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