1、霍尼韦尔 PKS-C200 DCS 系统在蒸发工艺上的应用吉荣军新疆中泰化学（集团）股份有限公司，乌鲁木齐 830009摘要：本文介绍了 DCS 系统在烧碱蒸发工艺装置上的设计和应用情况，中泰化学股份有限公司采用霍尼韦尔 PKS-C200 系统实现了蒸发装置的全方位控制。关键词：PKS-C200 DCS 系统、烧碱蒸发、温差出料； 新疆中泰化学股份有限公司西山事业部现有装置生产能力年产14 万吨离子膜烧碱和年产 17.5 万吨 PVC 树脂。随着企业产量的逐步增大，生产装置的安全稳定运行越显重要。新疆中泰化学股份公司西山事业部在 2010 年将蒸发工序的仪表监控屏系统进行改造，用霍尼韦尔 PK
2、S-C200 DCS 系统取代了原来的电 型仪表控制屏系统，实现了蒸发装置工艺过程的自动化控制调节，众所周知，在氯碱工艺单元中，烧碱蒸发过程是一种工艺流程较复杂的过程单元控制,若能实现烧碱蒸发工艺过程的自动化控制,对于降低操作员工的的劳动强度和保护操作员工的身心健康,保证蒸发工艺过程生产平稳,降低烧碱单位生产成本,提高吨产品经济效益有着重要意义。一、改造前蒸发装置运行过程中的缺点：随着西山事业部离子膜烧碱产能通过技术改造逐步增加到14万吨,蒸发工序也由一套二效顺流蒸发装置增加到二套二效顺流蒸发装置，而控制仪表并没有同步进行改进。目前，蒸发装置的平稳运行直接关系到事业部的产量任务的完成情况。而蒸
3、发装置的仪表监控系统越来越成为制约蒸发装置平稳运行的一大瓶颈,主要有如下缺点:1、老式显示仪表性能落后。蒸发工序是新疆中泰化学股份公司西山事业部界区内唯一仍然使用老式仪表面板监控系统的工序，仪表面板监控系统仍然在使用老式的国产电动型或电动型显示调节仪表，对蒸发工艺过程进行运行参数监控。这些老式仪表只能实时显示当前的蒸发装置工艺生产过程中的压力、温度、流量等实时数据，不带数据记录功能和历史趋势查询功能。蒸发工艺过程的平稳运行和控制指标的好坏，完全取决于操作工的责任心和操作经验。在烧碱蒸发过程中，由于蒸发器内部碱液的剧烈沸腾，导致蒸发器的液位波动较大。而且由于液位的大起大落，导致蒸发器加热室内列管
4、管道经常结晶堵塞，造成虚假液位,导致蒸发器液位控制失灵,进而加剧了蒸发器的液位波动，甚至导致蒸发单套装置事故停车。在调查处理导致事故停车的工艺原因时，由于老式仪表的功能限制，没有数据记录功能和历史趋势查询功能，对现场设备的操作行为无操作记录，为技术人员对事故的调查和处理不能提供充足的直接证据，增大了解决工艺问题的难度。2、仪表监控设备比较分散不集中。蒸发仪表监控系统使用87块显示仪表面板，分布在3面控制屏上来显示蒸发工艺整体运行状态，操作员工工作强度大。当蒸发装置出现问题时，控制室的操作工不能及时监视到故障设备的运行情况，无法判断工艺报警的先后次序，导致无法进行相对应的应急操作。3、在蒸发装置
5、的出料操作上，是现场操作员工根据手工取样，化验分析效体内的碱液浓度,经分析合格后,才由现场操作员工手动操作进行出料,成品碱消耗大,且浓度指标不稳定。这种人工出料方法自动化程度非常低、操作员工工作强度大，生产效率低下，能耗高，不能满足企业节能降耗、增强竞争力、大规模现代化的生产要求，实现蒸发装置出料操作的自动控制，是我们这次仪表控制系统改造的主要课题。二、 蒸发 DCS 控制系统改造实施方案1、蒸发工艺流程介绍：蒸发工序采用两套二效顺流工艺，即将离子膜工序输送来的30%离子膜烧碱送入效蒸发器、效蒸发器中，用蒸汽进行加热，使碱液在蒸发器内沸腾，除去其中的水分，浓缩成 45%的成品碱，然后将 45%
6、的碱液用泵打入升膜蒸发器，继续进行蒸汽加热，使碱液在升膜蒸发器内沸腾，除去其中的水分，浓缩成 72%的碱液，送到固碱工序进行熬制成固碱，工艺流程图如下：2、PKS C200 系统监控及控制回路说明：蒸发工序应用PKS-C200系统系统主要完成碱液蒸发过程中的工艺参数监测与控制,各工艺设备运行状况的监测与逻辑控制,工艺生产及工艺设备的安全联锁控制等，完成常规仪表所无法实现的中央统一显示、操作、工艺参数报警显示、工艺参数趋势记录，实现了蒸发工序的两套装置的效蒸发器、效蒸发器、升膜蒸发器的液位自动调节，蒸发装置中的蒸发器的液位控制是蒸发工艺流程操作中的重要步骤，控制液位过高使蒸发器内部的汽液分离空间
7、过小，会造成二次蒸汽带碱增多，碱损失大；控制液位过低，又会降低了蒸发器内部的压力，使碱液过早地在蒸发器加热段内沸腾，造成蒸发器加热段快速结晶，恶化了加热段的导热效果，加大了操作难度。3、效体成品碱温差出料自动控制方案说明：为了解决效碱自动出料控制的难题，我们成立了QC小组，翻阅大量技术资料，借鉴国内同行现有的温差出料控制方案，来制定自己的出料控制方案。我们使用的出料自控方案主要是使用“温差法”原理间接测量浓度，配合单回路调节，实现自动出料，使用的数学模型是：Tf = KTw + AX2 + BX + C (1)(1)式中Tf 是碱液的沸点()，在正常工艺生产中使用效体液相TE302的温度；Tw
8、 是汽相温度()；X是效体内碱液的浓度(%)；K、A、B、C是常数，需在实际生产中，进行数值修正，使其能符合实际的工艺装置工况条件。由于在实际生产中,由于不易直接测量气相温度，所以常采用测量蒸汽压力(真空度)间接计算出蒸汽温度: lnP= AB/(Tw + C) (2) （2）式中,P为在温度T下的饱和蒸汽压（mmHg），在正常工艺生产中使用效体真空度PT300的压力；,;Tw为蒸汽温度,;A 、B 、C 均为常数,可从化工手册中查到。我们根据以上（1）式的原理在PKS C200 系统上开发出一个碱液浓度算法模块，并以该浓度作为被调参数,以效蒸发器出料流量(放碱) 及效回流量作为调节参数,以要
9、控制的浓度(工艺确定) 作为设定值组成单回路控制，来实现效体蒸发器的自动出料。三、PKS C200 DCS 系统组成PKS-C200 DCS 作为 Honeywell 公司在 Plantape 系统的基础上优化更新推出的开放型控制系统，以 Windows 2000 sever 为操作系统, 包含了最新设计的混合型控制器 (Hybrid Controller) CPM 和高速容错以太网(FTE)以及高级的工程工具和应用软件包，具有完整的过程控制功能、数据采集与监视功能、先进的控制算法，成为新一代工业自动化控制系统的标准。蒸发装置 PKS-C200 控制系统的测控点统计如下：RTD 输入 29点、
10、AI 输入 58 点、AO 输出 14 点，DI 输入 22 点，DO 输出 6 个。针对点数的规模对 PKS-C200 系统硬件做出如下配置；1、控制柜机柜 2 台，内配控制卡 2 块、数据通讯卡 2 块、AI 卡 12 块、AO卡、2 块 DI 卡 2 块、DO 卡 1 块。2、DELL P4 工程师站 2 套，配液晶彩显。 四、系统主要功能；1、 操作站微机显示蒸发装置的工艺流程动态实时数据的流程图界面，可以直观地表示整套工艺装置的设备、工艺运行状态；2 、DCS 系统集成自诊断信息显示,可以及时查看控制系统的主控卡、数据通讯卡、I/O 卡件以及网络通信故障诊断信息，方便仪表维护人员进行
11、检查；3 、DCS 系统集成历史数据记录及趋势图显示、查询、实时报表和历史报表自动生成；4、现场工艺运行参数实时数据报警，可以及时查看蒸发装置当前的运行参数瞬时波动值。五 实施效果蒸发工序投用PKS-C200 DCS系统投用至今已经有半年时间，该系统的成功应用使蒸发装置整体的工艺过程控制、显示与操作实现全数字化、全屏幕化，蒸发装置运行稳定，各项监控点数据和设备运行状态在流程图上实时显示，实时报警和历史趋势显示正常可靠，操作简单，降低了操作人员的工作难度，实现了蒸发工序的集中控制，提高了蒸发工序的自动化程度和生产效率。尤其是成品碱液自动出料程序投用以来，碱液品质稳定，达到了降低工人劳动强度，节能降耗的技术改造目标。在多次的工艺参数波动时都及时报警，并记录下实时数据，为操作员工提供了及时、准确的监控数据，保证了操作员工的正确操作，为蒸发工艺系统安全,高效的生产提供了必要的条件。该套系统的成功改造，为事业部氯碱界区的平稳安全生产提供了宝贵的数据，为公司的稳定生产迈出了坚实的一步，值得借鉴。
