精细化工自动化现状及发展

2019-07-16

四川化工 2019年3期

(四川华英化工有限责任公司，四川成都，610041)

作为精细化工企业，不仅需要健全自身管理体制，还要引入先进科学技术提高企业生产效率和降低企业生产成本及风险，从而更好地满足精细化工产品的生产需求。而加强自动化控制系统的应用，则能使企业管理水平得到有效提升。因此，还应加强对自动化控制系统在精细化工行业中的应用研究，从而更好地推动行业的发展。

1 自动化控制系统分析

在化工、冶金等众多行业中，得到广泛应用的自动化控制系统首先要属DCS控制系统，即分布式控制系统。以和利时HOLLiAS MACS-FM系统为例，从系统结构上来看，其由现场控制站、操作站、工程师站构成。系统采用先进的ProfiBus-DP现场总线技术，网络层包含监控网络和控制网络，监控网负责进行工程师站、操作站的通讯连接，控制网负责进行现场各控制站的内部连接。控制站采用FM301机笼单元，能够实现电源模块、主控单元之间的均流和冗余配置，并且能够采集I/O模块数据，进行服务器组态命令接收和实现数据交换分析。采用DCS系统，可以通过对现场控制点的数据采集，实现对生产系统整体运行状况的监控管理。利用系统操作站，可以结合生产需要进行压力、温度、液位等参数的及时准确调整。此外，在空压机、搅拌机等生产设备发生故障时，系统可以通过监测开关量、模拟量等状态信息发现故障，并发出报警信息，提醒操作人员及时处理。

2 自动化控制系统在精细化工行业中的应用

2.1 在反应釜温度控制中的应用

图1 反应釜温度控制

在化工行业生产中，反应器控制至关重要。而采用DCS控制系统可以实现反应器反应温度的精细化控制，满足产品质量和安全生产要求。结合精细化生产实践可知，在反应器运行过程中，需要将反应热及时移去，以免反应器内部温度不断提升。而反应温度控制与系统进料流量有直接关系，需要采用流量定值控制仪、质量流量计等仪器实现对反应物料流量的控制，确保投料误差<1%，保证物料配比稳定，继而实现对反应温度的有效控制。从反应器的反应过程来看，包含升温升压、过渡和恒温恒压三个阶段，恒温恒压阶段需要实现温度的高精度控制。针对温场不同引起的测量误差，需要利用A级WZPK铠装双芯铂电阻作为测温单元，利用智能温度变送器确定生产工艺要求，进行4-20mA信号的输出，以得到不同的温度范围。利用电阻信号，可实现对蒸汽调节阀的控制，达到控制反应温度的目标。采用DCS控制系统，可以对反应器反应全过程进行自动控制，通过对循环水和蒸汽的流量进行调节保证反应温度在设定值±0.5℃范围内，符合理想工艺曲线，从而在提高产品生产质量和效率的同时，达到节能降耗的目的。

2.2 在液位控制中的应用

图2 液位串级控制

如图2在化工生产中的T1塔液位控制方面，采用DCS控制系统能够通过控制塔的出料量进行塔液位控制。但是，T2塔出料量为T1的进料量，所以容易造成后塔进料量不稳。因此在精细化生产中，需要使用串级均匀控制系统，流量控制器的给定值来自于液位控制器的输出值，通过流量控制输出进行执行器的操作控制。采用该种控制系统，能够克服系统压力的波动对流量的影响，提高系统运行的稳定性。

2.3 联锁控制

而在生产现场设备控制上，为了简化控制流程，加强紧急事故处理，避免误停车和停车扩大化问题的出现，还需要采用连锁控制手段，比如在双甘膦的生产流程中升温、蒸发、回流、冷却等每一步工序都都需要有不同的执行器同时进行动作，如果采用工艺联锁控制，操作员只需要在操作站控制画面中点击每一步工序即可完成相应的操作，避免了人工操作的不及时、漏操作等情况；另外如保护性联锁，在草甘膦氧化反应中，反应釜压力高于联锁设定值上限时，保护连锁将自动运行：切断压缩空气来源，同时执行切断蒸汽加热、强制循环水降温等操作，保护系统的安全运行。通过计算机软件组态，系统能够实现事故记忆和逻辑判断，对电磁阀、调节阀、电动设备的动作进行自动控制。

3 自动化控制系统在精细化工行业中的应用和发展

3.1 系统应用的优势和缺陷

自动化控制系统能够提高精细化工行业生产设备和装置的运行效率，使设备和装置发挥最大的功能，有效提高生产效率，降低生产成本。从系统应用效果来看，借助系统网络信息功能，可以较好地进行品牌生产动态信息的控制，并保证产品生产质量。另外，系统还能够及时发现生产设备和工艺操作中出现的问题，通过预警或报警使其能够得到提前预防和及时的处理，从而在保证产品生产安全的同时，使产品生产率得到保障。但是，自动化控制系统现阶段在精细化工行业中的应用还存在着较大的发展空间。一方面，系统目前只能进行少量工艺参数的自动调节和显示，大部分设备操作控制依然需要在现场通过手动完成，系统自动化程度依然较低，难以满足精细化工对各个环节的控制要求，也难以结合精细化工企业实际生产情况进行自动化控制方案的制定。另一方面，一些早期自动化控制系统依然采用测量精度低、控制滞后的气动仪表，使得系统测量精度受到了限制，无法满足精细化生产的节能降耗要求。

3.2 系统精细化发展方向

结合自动化控制系统在精细化工生产应用中存在的问题可知，在精细化工生产需求不断提升的同时，企业还要实现生产设备精确化，采用更加精密化和智能化的过程检测仪器，确保各个生产环节数据都达到一定的精确要求，从而促使精细化工生产向自动化的方向进一步发展。借助互联网技术，随着神经网络、云计算等技术的发展，则能使自动化控制系统的精确性得到提升，改变过去单一人工操作生产模式。而在精细化工生产过程控制上，还要加强计算机编程、微软处理器等高科技技术的运用，以便实现集散控制系统的研发，结合工艺生产要求进行各种控制方案的研发，实现对化工生产各个工艺环节的自适应控制，继而使化工行业生产管理水平得到有效提升。