基于JX-300XP的无人值守电石渣浆回收乙炔气系统

朱江军，张俊平，周英武

（新疆石河子开发区天业化工有限责任公司，新疆 石河子 832000）

新疆石河子开发区天业化工有限责任公司（以下简称天业化工）是新疆天业集团化工产业年产120万t PVC树脂一期20万t/a项目，采用电石法制取乙炔气。6台湿法发生器设计生产能力为24万t/a PVC树脂，天业化工在生产工段的各环节进行技术改造，以期在节能降耗、安全环保、机械自动化、智能化信息化等方面做出成效。电石渣浆回收乙炔气技术改造是该公司提升竞争力的典型案例，是将湿法乙炔生产过程中排出的电石渣浆及废次钠收集，通过一套脱吸工艺，将浆液中的乙炔气分离出来回收利用。采用浙江中控JX-300XP DCS，使用SCKEY组态软件编写了符合工艺现状，高效稳定的工艺控制系统，实现了精准测控，安全切断、全自动开、停车，达到了无人值守的先进控制模式。

1 乙炔回收装置的流程及控制系统网络构架

1.1 乙炔回收装置工艺流程概述

图1 电石渣浆回收乙炔气工艺流程示意图

电石渣浆回收乙炔气装置及工艺包是天业化工与专业技术厂家联合开发，具体流程概述如下：发生器溢流出来的电石渣浆经密闭管道自流入浆料缓冲罐，经由浆料泵输送到脱吸塔，在脱吸塔将吸附在电石渣及水中的乙炔气脱吸出来，脱吸后的渣浆自脱吸塔底部排渣管自流入安全槽内排至沉降池，而脱吸出来的乙炔气经乙炔管道进入冷却器中冷凝脱水，脱水后的乙炔气由真空泵输送，经测氧仪检测合格后送入气体缓冲罐中，最后经流量计计量后送入乙炔气柜。电石渣浆回收工艺流程示意图见图1。

1.2 无人值守控制系统简介

采用浙江中控JX-300XP DCS系统，此系统具有完善的CPU、电源、数转发卡的硬件冗余特点。整个系统分3层网络架构，分别是信息管理网，用于工厂信息传递与管理；过程控制网（SCnetⅡ），采用双冗余高速工业以太网实现实时数据交互；控制站内网为SBUS令牌网络，各I/O卡件通过转发卡与主控卡进行数据的存储运算与控制。JX-300XP DCS具有智能化I/O卡键及自动校零/自动校正功能；所有硬件具备实时故障诊断功能；高可靠性设计、多任务调度内核控制周期0.1 s。

该系统由工程师站、操作站、现场控制站、通信网络等组成。上层预留有管理操作接口，可与管理、调度计算机连接，为今后实现全厂综合管理自动化作好准备。管理计算机、操作站（工程师站）、现场控制站通过管理网、现场控制网、控制站内部网紧密联系在一起，便于传输各种实时和控制信号，实现全厂综合管理，而工艺控制过程中充分考虑了无人值守特点，融入了应急控制，系统采用CPU电源、网络冗余设计提高可靠性。采集的数据包括动设备的参数、启停控制、关键点辅助点的温度、压力、液位、流量、频率等，采用了PID的分程控制、逻辑联锁控制，实现了趋势、报警的记录、报表的自动生成等功能。

2 控制方案

智能化工厂、无人值守是工业企业发展的趋势，本系统在设计上充分利用国内各企业对于回收乙炔装置运行控制的技术基础，增加了动设备的信号参数采集、增加了真空检测参数以及氧含量数据采用两套分析设备同时在线分析，在控制回路上采用PID分程控制、故障切断采用多信号预警安全切断等，这里举例介绍其中的两个方案及控制回路缓冲罐液位回流与送料的分程控制、氧含量的数据的选择与送气放空的逻辑控制。

2.1 缓冲罐液位控制

缓冲罐液位是较为关键的参数，液位过高或过低直接影响系统的安全稳定运行，甚至发生安全事故。因此，为了追求平稳性、可靠性，缓冲罐液位、脱吸塔压力采取了PID分程控制用来保证液位和压力的平稳。以LIT0101分程控制为例，电石渣浆通脱输送泵进入脱吸塔前，LCV0102控制渣浆的旁通回流量，LCV0101控制渣浆进入脱吸塔的输送量，液位控制在设定值1.5 m，见图2。

图2 缓冲罐液位控制流程示意图

缓冲罐液位升高，LCV0101过料阀开大，LCV0102旁路回流阀关小，液位控制在设定值；当液位降低，则LCV0101关小，同时改变旁路回流阀开大，根据工艺要求，LCV0101阀门为正作用，LCV0102阀门为反作用，在控制过程中要求阀位对应协调，依据设定值，当其中一个缓缓打开时，另外一个阀则是缓缓关闭。渣浆液位分程控制框图及阀位开度趋势示意图分别见图3、图4。

图3 渣浆液位分程控制框图

图4 阀位开度示意图

2.2 氧含量故障选择与联锁控制

该装置最终的产品乙炔气经由真空泵送往气体缓冲罐的过程中要进行氧含量分析，氧含量超标，则气体存在安全隐患，无法并入大系统，必须放空处理。无人值守系统考虑到系统安全性及仪表可靠性，设计加装2套氧含量分析仪同时在线工作，当其中的一台分析仪表检测氧含量超过设定值含量1%时，系统切断送往气体缓冲罐的阀门KV0102，打开放空阀门KV0101进行气体放空；当2台分析仪含氧量显示合格低于设定值1%氧含量时，放空KV0101切断阀关闭，送往系统的切断阀KV010阀打开。氧含量与成品气流程及逻辑联锁图见图5，氧含量与KV0102/KV0101逻辑联锁图见图6。

图5 氧含量与成品气流程及逻辑联锁图

3 工程施工中的关键问题及解决措施

3.1 各专业协调密切配合

系统工程施工中包含专业项目较多，大多会同时交叉作业。涉及的弱电、综合信息布线、土建及给排水，尤其是流量仪表、执行机构、测温测压传感器等必须要清楚设计安装规范、明确安装位置，严格按照相关专业要求进行施工，及时检查并发现问题，召开沟通协调会，采取必要措施，避免出现重复施工等情况。

3.2 信号处理的接地要求

图6 氧含量与KV0102/KV0101逻辑联锁程序图

系统在安装中必须有单独的安全接地网，这是信号处理接地的严格要求，且接地电阻要求不大于4 Ω，并与其他电气接地系统相距10 m以上；对UPS电源接地应与本系统接地网相连；所有系统工控机在地线没有连好的情况下不准上电开机，以保证通信网络和工控机正常安全工作；并在安装中对所有信号线应采用屏蔽电缆，以屏蔽外界磁场干扰。

3.3 可靠的电源供给

无人值守系统安装过程中除了在检测和控制上考虑周到外，在供电电源上也要极为重视，本系统提供2台FR-UK/B1100 10K并联冗余，两路供电并配备2套100 A/h蓄电池，当外电线失电时，UPS投入电池供电模式。在运行期间其中一台出现故障，另外一台无扰动切入，保证电源的持续、稳定的供给，给无人值守系统的运行做好开路先锋和基础保证。

3.4 定期维护测试检查

电石渣浆回收乙炔气装置在运行的过程中，因为渣浆本身粘稠，造成管线设备堵塞，如果真空泵汽水分离器堵塞，含量分析的干燥剂会受到影响，含量分析不准确会导致系统跳车。所以定期更换干燥剂、检查管线设备的检测传感器、调节阀等，制定措施杜绝或减缓系统中因堵塞造成的一系列问题。

4 投用后效果分析

无人值守系统自2015年10月运行以来，为回收乙炔气发挥了巨大的作用，每小时可回收190 m3，如此计算每年可回收折百电石4 800 t，折合人民币1 200万元。该系统运行良好，减少了人工成本，提高劳动生产率，不仅回收了电石渣浆中夹带的乙炔气，降低了电石消耗，节约了PVC生产成本，而且减少了乙炔气对环境的污染，改善了周围环境，创造了较好的经济效益和环境效益。

5 结语

本文基于JX-300XP的电石渣浆回收乙炔气系统设计了此套工艺的无人值守自动监控系统，实现了主要设备及其设施的在线实时监测和远程控制。同时，此套无人值守自动控制系统用于现场后，改善了现场关键工序的控制方式及性能，提高了系统安全性、稳定性，提高了运行效率，节省了系统整体各项消耗，降低了工人的劳动强度，减少人工可能引起的误操作，长期投入使用减少了日常的维护工作和维护费用，提高了生产效益。