信息化辅助生产实战经验

金翔宇

(沈阳化工股份有限公司，辽宁 沈阳 110124)

大数据、AI技术已经发展至人们日常工作生活中的各个领域。随着5G技术的广泛应用，工业化生产的信息化将是一次巨大的飞跃。在氯碱行业，生产装置的自动化水平决定着其运行的稳定性。这里所说的稳定性既包含安全平稳运行，又包含品质平稳运行。在目前蓝星(北京)化工机械有限公司ZMBCH-2.7电解槽配套烧碱生产装置中，对于流量、温度、压力、流出碱浓度等的自动化控制程度已经非常高，回路控制也接近100%。但在线分析装置的配套程度相对较低，大多数精盐水制备控制单元仍采用人工采样分析。

1 控制点报警值的设置理念

对于拥有DCS控制系统的一线操作人员来说，报警提示是对一些手动控制单元发生偏差后及时调整校正的重要功能。然而报警值的设置是否得当，将直接决定该手动控制单元控制稳定性的高低。

一般来讲单一控制点，如温度、压力、流量、液位等的报警值设置范围要低于该点的控制指标。例如：某冷却单元的温度控制点指标范围是75～85 ℃。首先为了防止该控制点超标，要对其设置高限、低限两个报警值，同时报警值要设置在75～85 ℃；其次，为了给控制过程提供时间保障，报警值的设置要兼顾该控制单元的控制能力以及控制滞后情况(如人工现场控制需要考虑信息传递时间以及从接警点至控制点的路程耗费时间等)，基本原则是在报警后即开始实施控制措施，在接下来的5 min内该值不会超过控制指标。假定这个控制点最大温升速度是1 ℃/min，现场岗位操作人员从工作室到控制阀的时间约0.5 min，开阀时间约20 s。为了保证在5 min之内该温度不会超标，将高限报值设置为83 ℃。这样，在正常情况下，该控制点的报警提示是完全可以满足控制需求的，也就是说报警发生到采取现场控制均在指标范围内。

控制点发生异常的诱发因素是多样的。例如，上面举例的冷却单元，就取决于换热设备的换热能力大小、换热效率高低、冷却介质温度高低、冷却介质流量大小、管路保温情况以及环境温度高低等多方面因素。在控制时要考虑这些因素，根据不同的工况来采取不同的控制方法。可是报警值的设置在一般情况下是不可以修改的，除非该控制点的控制指标并非安全指标，而是优化后的质量指标、能耗指标等，才可以根据具体工况来调整指标范围以及报警值。

2 通过报警值快速查异

数据库系统(以下简称“PI系统”)的核心内容是大量的数据，这些数据多数采集自DCS中央控制系统。PI系统设计之初会对每一个采集到的数据点的数据的重要性以及该数据所代表流程的能力进行分析，根据重要程度大小以及流程能力的高低，有针对性地设置数据采集频率，以减小服务器的存储压力。

对于氯碱这种连续式生产行业，流程的管理者通常会采取多种方式查找生产过程中存在的问题，在全面掌握生产装置现状的情况下，弥补岗位操作人员在操作过程中、交接过程中、巡检过程中的不足。这其中对于报警记录的查找和分析是了解现状、找出异常的重要方法之一。如果能够把PI系统与报警有效结合起来，可以使管理人员非常快速、全面地查找出报警，从而有针对性地分析原因，寻找解决方法。

DATALINK是PI系统的重要软件之一，其通过加载项的方式与办公软件excel电子表格的有机结合使数据的采集与应用更广泛更全面。通过创建模板，把整个烧碱生产装置中各个工序的所有控制点及指标范围全部列出，通过过滤时间(Time Filtered)功能，计算各个控制点所属工序在正常运转过程中符合控制指标的总时间长度，利用这个时长与该工序的运转总时长相比，得出的比值百分数即可作为报警限值。当比值为100%时，即该控制点在统计时段内无报警。比值越低，说明该控制点在统计时段内发生报警的时间越长。

要实现这个模板的创建，有3个关键点要注意。①过滤表达式中各个条件的关系都是逻辑与，包括指标的上下限，这其中只有上限的指标。为了排除异常值带来的统计错误，通常表达式下限不设置为0，要设置为负数。例如某仪表的量程是-200～500，当该仪表所测量的实际值为0时，测量值就很有可能低于0。若将过滤表达式的下限设置为0，则计算出的比值经常会不足100%，从而导致该点提示报警，可是实际查找却并无报警发生。②要找到能够有效代表各个工序处在运行状态的条件。当某个工序发生停车或局部停车时，该工序所属的指标往往会处于报警状态，然而这个报警不能够体现装置运转状况的干扰项，需要在统计过程中将停车或局部停车的时段过滤掉。找到能够有效代表各工序处在运行状态的条件是非常重要的，这里一般选取1台或多台转动设备的起停状态、官网物料压力、高温环境的物料温度等。③加入班组标签。24 h运转的企业多采取倒班制，或四班两倒或四班三倒，班组标签是后续统计班组工作能力、表现程度的主要依据，所以在统计过程中，给过滤表达式加入班组标签条件，可以更进一步地细化查异区域，使报警查找更快速，使原因分析更有针对性。

模板创建好后，管理人员每天到达工作岗位后，打开模板，通过一键查找，即可显示过去一个班次或过去一天内所有工序未发生报警的比值，这个比值暂且称为“无报警率”。当某个工序的无报警率低于100%时，点击进入该工序的控制点明细标签，具体查找发生过报警的具体控制点。控制点确定后，打开该控制点所在的流程图，调出指标历史趋势，分析原因，并找出解决办法。

3 报警查异实战举例

3.1 废气处理系统压力波动查异

在烧碱生产流程中，废氯气处理装置使用填料塔循环碱液吸收各个废氯气工序送来的废气，是必不可少的环保装置[1]。氯气的吸收反应过程很简单：使用风机给整条废气处理管线创造负压环境，加上填料塔碱液的不间断喷淋，保证废气中的氯气全部与烧碱溶液发生反应生成次氯酸钠。反应过程中释放的热量通过1台冷却水换热器带出系统，废气中除氯气外的其他气体(氮气以及少量的氧气等)被风机送至系统外。

废气处理系统的废氯气管线的负压环境十分重要。一方面，与氯气相关的工序一旦有废氯气产生，能够全部被吸收处理；另一方面，防止废气管线气密性不良导致氯气外泄至空气，污染环境。负压环境采用压力单回路控制，取压点在吸收塔入口管线上，在风机的出口处设置1个吸气旁路并安装调节阀，通过阀门开关反作用调节吸收塔入口压力，压力报警设置为-3～-1 kPa。日常生产过程中，由于气量波动较小，该回路在自动控制过程中阀门的开关变化量不大，压力平稳。

在装置的正常生产运行中，随着氯气吸收量的逐渐增大，循环碱液浓度逐渐降低，次氯酸钠溶液的有效氯含量逐渐升高。当循环碱液质量浓度降低至1 g/L以下时，为了避免过量的氯气使次氯酸钠溶液分解而生成盐，该槽循环液将停止循环，切换至备用碱液循环槽进行循环。

异常查找：通过查异模板，发现氯氢处理工序的无报警率是99.62%，查找具体控制点，废气压力的无报警率是98.59%。进一步打开废气压力的历史趋势与循环槽切换时间进行对比，发现在碱液循环泵停止后，废气压力无异常波动。现场岗位对储槽的出入口手阀切换操作完毕后，启动循环泵的瞬间，废气系统负压迅速降低，自动阀门打开速度较慢，导致压力突然降低，出现低限报警。

原因分析：废氯气通入量一定，在停止循环时，进入废气吸收塔的废气流量没有变化，原本在吸收塔被吸收的废氯气在尾气塔被吸收，剩余气体的量没有明显变化，吸气阀门开度略有升高。启动循环泵时，大量碱液从吸收塔喷淋，迅速大量吸收氯气使局部形成较大的负压，导致压力波动。

解决方法如下。①启动循环泵时，现场操作人员要联系中控操作人员，要求其实时观察废气压力变化情况，必要时手动干预调整。②在启动循环泵时，要求现场操作人员缓慢打开泵出口阀门，使循环量缓慢提升，以减少瞬间负压的可能性。③尝试调整该压力控制回路的PID参数，缩短该回路在扰动发生时的处理时间。

3.2 溴化锂冷冻机组性能查异

溴化锂冷冻机组是通过降低水的沸点，在7 ℃左右蒸发吸热，给冷冻水提供冷量[1]。在蒸发室蒸发后产生的水蒸气被溴化锂溶液吸收，稀溶液通过与浓溶液、蒸汽凝水以及中间液的预热后，利用蒸汽对其进行蒸发浓缩，蒸发出的水蒸气在冷凝器冷凝，冷凝过程放出的热量以及浓溶液多余的热量通过循环水带至系统外。

异常查找：同样通过查异模板，发现3#溴化锂冷冻机组的冷冻水出口温度无报警率为96.77%，查看该温度历史趋势，发现机组出口温度有一段时间高于8 ℃，发生报警。

原因分析：通过对溴化锂机组的各流程进行排查梳理，以及机组与机组间的指标对比，发现：3#机组的循环水供水与回水温差较正常值低2 ℃左右，冷凝水温度较正常值高3 ℃左右。由此判断该机组冷凝器换热不良，导致溴化锂溶液再生不彻底，本该被循环水带走的热量没有完全被带走，导致制冷效果变差，出口冷冻水温度出现高限报警。

解决方法如下。①对备用机组的冷凝器进行化学清洗。②适当加大循环水的流量，降低循环水温度，直至冷冻水温度离开报警区。

4 结语

以上是通过创建PI报警查异模板后快速查找异常实战过程的描述。信息化工具准确性更高，计算速度也更快，并且使用简便，能有效代替人工手动计算是重要方向。信息化对于此类功能性的开发会逐步应用至各个领域、各个层级，使查异更简单，更精准。