DCS在硫铵生产及输送中的应用

2021-08-04周鑫

石油化工自动化 2021年4期

周鑫

(中国天辰工程有限公司，天津 300400)

硫铵单元是己内酰胺生产装置的主要单元之一。环己酮肟在发烟硫酸作用下，发生Beckmann重排反应，生成己内酰胺。重排反应产物粗己内酰胺及过量发烟硫酸进入中和结晶系统，在硫铵装置内实现己内酰胺与过量发烟硫酸的分离。为达到分离目的，重排液中的硫酸需使用氨中和，生成硫铵。化学反应式如式(1)所示：

(1)

反应生成的硫铵通过结晶从液相中分离出来，硫铵生产流程如图1所示。

图1 硫铵生产流程示意

1 控制方案简介

硫铵生产主要包括中和结晶和硫铵干燥两个生产过程。在中和结晶生产过程中，需要控制重排液进料和气氨进料的质量流量，通过进料管路上的流量控制阀调节进料流量，设置单回路控制。同时为达到两种进料的物料平衡，在控制系统上设置两种进料的双闭环比值控制。

在硫铵干燥过程中，由就地PLC直接控制离心机，DCS通过与PLC通信间接控制离心机。经由离心机进行固液分离后得到的潮湿硫铵进入到流化床后，需要控制流化床的温度，使硫铵产品达到最优的干燥状态，通过调节流化床入口的蒸汽进量来控制流化床内部的温度。控制系统结构如图2所示。

图2 DCS控制结构示意

1.1 中和结晶生产过程

经过Beckmann反应后，重排液与气氨一起进入中和结晶器，反应生成的硫铵浆液分别进入到对应的稠厚器。中和结晶过程的2个重要原料重排液和气氨的进料流量在DCS中采用PID控制，其中主控制回路为重排液质量流量，副控制回路为气氨质量流量，2个控制回路构成双闭环比值控制系统。根据生产过程需求，需要满足进料重排液质量流量与气氨质量流量的比值约为1∶5，所以该处比值设定为0.2，以此来满足稳定的匹配与进料状态。

在中和结晶反应过程中，较重要的为物料的进料平衡，均为单回路控制，在DCS上设置PID控制器即可调节。涉及相关物料进出阀门、机泵以及反应器的联锁逻辑控制，特别是报警等所带来的联锁需求，在DCS中进行相关设置。

1.2 硫铵干燥过程

在得到中和结晶产物硫铵浆液后，要进一步分离干燥，才能得到干燥的硫铵粉末成品。

1.2.1离心机控制及联锁设置

根据工艺需求共设置了3套离心机接收上游硫铵浆液，正常运转时，离心机采取“两开一备”，轮流交替进行工作。

离心机采用PLC控制，通过ModBus 485通信协议将整体运行状态上传到DCS，由DCS做上层监控。为了信号传输的稳定安全，离心机部分重要的状态检测信号，通过硬接线的方式接入到DCS机柜室，由DCS进行监控并且联锁控制。当离心机出现正常运行停止状态或者联锁停机时，在DCS侧会联锁关闭离心机的进料控制阀。离心机的运行过程状态及联锁见表1所列。

1.2.2流化床干燥控制

流化床干燥过程共设置2套流化床，流化床A接收离心机A和B的物料，流化床B接收离心机C和B的物料，2套流化床同时运转工作，由于流化床成套所配带的仪表和阀门较多，并且这些仪表和阀门并未在一个完整的撬块上，所以该部分的控制并没有配置流化床专用的就地PLC控制器，所有仪表和阀门的监控均在DCS上来完成。

表1 离心机的运行状态及联锁

在流化床干燥过程中，主要需要控制流化床的温度，通过蒸汽量来调节，通过蒸汽阀的调节使流化床温度平衡到工作温度，该处采用单回路控制。另外，流化床的出口风压力需要保持一个微负压的状态，该处通过流化床的出口引风机来调节压力，组成一个单回路的压力控制结构。流化床的风机由马达控制中心(MCC)直接控制，部分信号由DCS来监控。DCS通过硬接线的方式获取风机的运行状态故障、运行状态监测等信号，并进行间接的停止和速度调节控制。

风机上带有温度测量传感器，信号直接接入DCS中，在DCS中进行监控和报警设置；同时每套风机配置了2个振动传感器，也直接接入DCS进行监控和报警设置。

2 硫铵输送过程控制

流化床干燥后的硫铵经传送带输送至料仓中存储，共设置6个料仓来满足不同包装规格的硫铵包装生产。由于硫铵输送工段存在粉尘，所以在输送流程内的所有设备并未设置就地控制器，以免因粉尘造成就地控制器的故障以及维护不便。这些成套设备又由不同供货商供货，设备间无法完成就地的连接通信以及控制，所以这些设备的控制均由硬接线的方式接入DCS，由DCS完成直接监控。其中，料仓的工作状态没有信号传输至DCS，需要通过犁式卸料器的工作状态来判断料仓的工作状态，见表2 所列，其中O代表犁式卸料器运行，X代表犁式卸料器未运行。