新疆天辰化工有限公司40萬t／a PVC項(xiàng)目于2007年年底投產(chǎn)運(yùn)行，該套生產(chǎn)裝置引入了許多國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)。該公司設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制、在線檢測、報(bào)警和連鎖等方式，將整個(gè)鹽酸系統(tǒng)網(wǎng)羅在DCS系統(tǒng)中．通過1個(gè)鼠標(biāo)即可完成以往十幾個(gè)人的工作。在40萬t／aPVC的合成氯化氫項(xiàng)目上．成功地設(shè)計(jì)和應(yīng)用了先進(jìn)的全自動(dòng)化DCS技術(shù)，對氯化氫合成過程和輸送過程進(jìn)行全程監(jiān)測和控制。
1 氯化氫合成工藝流程
　　來自氯氫處理崗位干燥后合格的氯氣、氫氣由緩沖罐上放空調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓并經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，氯氣經(jīng)支管調(diào)節(jié)閥、點(diǎn)火閥、切斷閥，氫氣經(jīng)支管調(diào)節(jié)閥、點(diǎn)火閥、逆止閥、切斷閥及阻火器與氯氣按C12：H2=1．00：1．05～1．00：1．10的配比經(jīng)燈頭進(jìn)入合成爐（多余的氫氣放空處理），在燈頭上合成燃燒。合成的氯化氫氣體從合成爐的冷卻器底部導(dǎo)出．在40℃進(jìn)入氯化氫分配臺(tái)，供PVC或去降膜吸收塔吸收制成鹽酸或高純酸。氯化氫氣體經(jīng)一級降膜吸收器吸收后的剩余氣體進(jìn)入二級降膜吸收器再吸收，不凝氣體由水流噴射器抽入酸循環(huán)罐分離放空或自行放空，成品酸從一級降膜吸收器底部出來進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)罐待售。
2 DCS技術(shù)在氯化氫合成和輸送控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)
2．1 采用DCS技術(shù)控制方式分析
　　在HC1合成過程中，傳統(tǒng)的控制手段是根據(jù)火焰的顏色，手動(dòng)調(diào)節(jié)氯、氫流量。由于設(shè)備生產(chǎn)能力大，造成進(jìn)合成爐的氯、氫流量、壓力或配比的細(xì)微變化，出現(xiàn)的過量氯氣在氯乙烯合成工序中極易與乙炔反應(yīng)生成氯乙炔，對安全造成重大影響。在氯化氫生產(chǎn)中，氫氣應(yīng)控制適當(dāng)過量，一方面可以防止氯化氫所含的游離氯在制酸時(shí)尾氣含氯高．形成氫氯爆炸性混和氣體，特別是采用液氯生產(chǎn)的廢氯來合成鹽酸時(shí)，更要提高氫氯配比．避免尾氣系統(tǒng)發(fā)生爆炸：另一方面防止氯化氫中的游離氯在氯乙烯合成工序與乙炔反應(yīng)生成氯乙炔爆炸性氣體。
　　根據(jù)以上分析?？梢哉J(rèn)為對氫氣、氯氣流量的真值測定是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)比值控制的關(guān)鍵因素．而且，必須將氯氣真值流量作為主流量、氫氣真值流量作為副流量．相互校正。
　　根據(jù)工藝生產(chǎn)特點(diǎn)的安全分析，該比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以選用開環(huán)比值系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)或變比值控制系統(tǒng)。開環(huán)比值本身抗干擾能力差。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整比較麻煩。變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是被控2種物料的比值可以靈活地隨第3變量的需要而加以調(diào)整，即受控于第3變量 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對比值的影響，故主、副流量的比值較為精確，因此．單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)將是最佳控制手段。
　　在穩(wěn)定情況下，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的主副流量可滿足工藝要求的氫氯比。當(dāng)氯氣變化時(shí)，根據(jù)主流量變化，副流量也有相應(yīng)的變化。
　　當(dāng)主流量變化時(shí)，氯氣真值流量信號送主控制器。主控制器按預(yù)先設(shè)置好的比值使輸出成比例變化，也就是成比例地改變副流量控制器的給定值，此時(shí)，副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，從而氫氣流量隨氯氣流量變化，使得在新的工況下，流量比值保持不變。當(dāng)主流量沒有變化而副流量由于自身干擾發(fā)生變化時(shí)，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)定值控制系統(tǒng)，通過控制克服干擾，使工藝要求流量比值仍保持不變。這種方案的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，實(shí)施起來也比較方便。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)框圖見圖1。

2．2 儀表的選擇與性能比較
　　由于工藝裝置控制要求嚴(yán)格，為使HC1裝置能安全、可靠地運(yùn)行，必須采用多個(gè)控制回路。對儀表的測量精度、穩(wěn)定性及可靠性都有很高的要求。
　?。?）該工序的介質(zhì)主要是氯氣和氫氣，界區(qū)內(nèi)是防爆場所，廠房內(nèi)的儀表應(yīng)符合防爆要求。
　?。?）由于被測介質(zhì)中含有氯氣等介質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性。因此，大部分現(xiàn)場儀表應(yīng)具備防腐性能。氯氣控制閥需控制精確，根據(jù)口徑大小可選用氣動(dòng)不銹鋼單座控制閥或不銹鋼蝶型控制閥。氫氣無腐蝕性，但易燃易爆，因此，氫氣變送器應(yīng)采用本安型，測量膜片和其他氣體接觸部位的材質(zhì)采用不銹鋼材質(zhì)。氫氣控制閥可采用氣動(dòng)單座控制閥，材質(zhì)方面無特殊要求，其電氣閥門定位器必須采用本安型。
　?。?）該工序控制儀表采用的流量計(jì)以進(jìn)口原裝流量計(jì)為主，相對于其他類型的儀表具有測量精度高、反應(yīng)快、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。
2．3 全自動(dòng)DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
　　氯化氫合成全自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的是日本橫河西儀公司的CS一3000系統(tǒng)。
2.3．1 CS一3000系統(tǒng)的特點(diǎn)
　?。?）綜合性。CS一3000是一個(gè)功能齊全的系統(tǒng)，綜合了多種控制、管理、自動(dòng)化和信 息技術(shù)于一身。
　?。?）開放性。CS一3000系統(tǒng)是緊跟IT技術(shù)發(fā)展的開放性局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。操作站的硬件可采用最新型的PC機(jī)，提供DDE和OPC 2種通訊接口，可直接與用戶的上位工廠信息管理系統(tǒng)（pims）、internet網(wǎng)、intranet網(wǎng)連接和通信，也可通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與多個(gè)廠家的PLC系統(tǒng)以及符合ff、hart、profibus—dp等現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的廠家的設(shè)備進(jìn)行通信：另外，還可直接將各種通用應(yīng)用軟件如msexcel、vb等應(yīng)用于工程中。（3）高可靠性。現(xiàn)場控制站為高性能雙重化現(xiàn)場控制站AFV10D，具有4個(gè)CPU冗余容錯(cuò)，電源卡雙重化，通訊卡雙重化，具有獨(dú)立的控制柜和端子板柜。系統(tǒng)單獨(dú)配置有OPC服務(wù)器．滿足每秒2000點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳，可以為上位管理系統(tǒng)提供所需要的數(shù)據(jù)?？蓪?shí)現(xiàn)在任何故障及隨機(jī)錯(cuò)誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)運(yùn)行。供電系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和總線、I／0模塊均可實(shí)現(xiàn)雙重化。Vnet總線采用交替工作模式的雙重化結(jié)構(gòu)。
　?。?）高性能。控制站采用高速RISC處理器，可進(jìn)行64位浮點(diǎn)運(yùn)算和最高50 mS控制周期的模擬與邏輯控制。
　?。?）高效簡捷的工程。系統(tǒng)提供CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程），直接用control drawing圖或填表格的方式進(jìn)行軟件組態(tài)．軟件組態(tài)十分簡潔直觀。并可提供虛擬測試和仿真軟件，從而縮短軟件的調(diào)試周期。
2.3.2 全自動(dòng)DCS控制系統(tǒng)的軟件配置
　　CS-3000系統(tǒng)屬于模塊化小型DCS系統(tǒng)．對8臺(tái)合成爐的31O多個(gè)檢測點(diǎn)、73個(gè)控制回路系統(tǒng)配置了2個(gè)控制站。這套系統(tǒng)的每個(gè)CPU、Vnet／IP通訊卡件均帶有自診斷功能和故障報(bào)警功能，便于調(diào)試和維修。模板本身具有PID控制程序，在CPU故障或CPU停止時(shí)可以繼續(xù)獨(dú)立控制，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
2．3．3 全自動(dòng)DCS控制系統(tǒng)的硬件配置
　　操作站為DELL 390 workstation．目前配置為P43．0GHz、128M顯卡、1G內(nèi)存、80G硬盤、CD—RW 光驅(qū)、19”LCD、winXP操作系統(tǒng)。工程師站為雙核至強(qiáng)處理器5100、1 G內(nèi)存、73 G 10 k RPM SAS硬盤、19”LCD、WINDOW$2003 SERVER OS。操作站和工程師站配有專用Vnet／IP通訊卡，操作站均配有橫河西儀公司專用的操作員鍵盤。這是目前世界上比較先進(jìn)的視圖軟件，其操作界面靈活、方便，提供了比較大的自我發(fā)展空間，用戶可以通過系統(tǒng)提供的編程語言完成所需要的特殊功能，真正提高生產(chǎn)操作和管理水平。
3 DCS控制系統(tǒng)在生產(chǎn)和輸送上的應(yīng)用
3．1 DCS控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用
　　通過氯氣、氫氣壓力和流量設(shè)定值對進(jìn)爐氯氣、氫氣進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)配比，設(shè)定進(jìn)爐的氫氣和氯氣壓力、流量。雙重?cái)?shù)據(jù)設(shè)定保證了進(jìn)入合成爐內(nèi)參與合成氯化氫反應(yīng)的氯氣和氫氣的最佳量．氯化氫中不含游離氯，為氯乙烯合成工序安全生產(chǎn)提供了可靠的保證。氯氣、氫氣流量調(diào)節(jié)順控圖見圖2。

3．2 DCS控制系統(tǒng)的安全性
3．2．1 氫氣進(jìn)爐前的壓力連鎖控制
　　在氫氣緩沖罐設(shè)置大小2個(gè)放空調(diào)節(jié)閥．當(dāng)氫氣總管超壓時(shí)，自動(dòng)打開小調(diào)節(jié)閥放空，當(dāng)小調(diào)節(jié)閥全開，壓力還高時(shí)自動(dòng)打開大調(diào)節(jié)閥放空。壓力下降時(shí)先關(guān)大閥再關(guān)小閥。氫氣超壓放空順控圖見圖3。

3．2．2 氯氣進(jìn)爐前的壓力連鎖控制
在氯氣緩沖罐上設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)閥．當(dāng)氯氣總管超壓時(shí)，緩沖罐上調(diào)節(jié)閥連鎖自動(dòng)打開向液化除害泄壓。
3．2.3 進(jìn)爐氫氣、氯氣切斷閥、充氮閥連鎖控制
DCS設(shè)置了合成爐一鍵停車按鈕，當(dāng)鼠標(biāo)按下停車按鈕后，氫氣、氯氣進(jìn)口切斷閥關(guān)閉，充氮閥連鎖自動(dòng)打開．HCI去吸收調(diào)節(jié)閥連鎖自動(dòng)打開，同時(shí)連鎖關(guān)閉HC1去混合脫水調(diào)節(jié)閥，以防止乙炔氣倒人。吸收水調(diào)節(jié)閥同時(shí)連鎖打開，同時(shí)關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。
3．2．4 HCl總管超壓連鎖和混合脫水混合器溫度超高連鎖控制
　　當(dāng)HC1總管壓力超過指標(biāo)，或混合器溫度高于指標(biāo)時(shí)，連鎖所有送HC1合成爐自動(dòng)打開HC1去吸收調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉HC1去混合脫水調(diào)節(jié)閥以防止乙炔氣倒人，同時(shí)打開吸收水調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。氯氣超壓去液化順控圖見圖4。

3．2．5 電解停車時(shí)的連鎖控制
　　鹽酸與電解電流連鎖。當(dāng)電解跳停，連鎖所有運(yùn)行合成爐氫氣、氯氣進(jìn)口切斷閥關(guān)閉．充氮閥自動(dòng)打開，自動(dòng)打開HC1去吸收調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉HCI去混合脫水調(diào)節(jié)閥以防止乙炔氣倒人．同時(shí)打開吸收水調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)閉乙炔進(jìn)混合器閥門。
4 DCS控制系統(tǒng)在生產(chǎn)和輸送上的應(yīng)用
　?。?）在氯化氫合成生產(chǎn)和輸送過程中的連鎖完善可靠。將合成爐火焰控制信號引入DCS系統(tǒng)控制，使所有控制參數(shù)自動(dòng)連鎖控制。當(dāng)有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)。都能利用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制．使工藝運(yùn)行處在安全狀態(tài)。
　?。?）對氯化氫生產(chǎn)和輸送過程中的控制更加安全。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜控制系統(tǒng)和安全的連鎖報(bào)警系統(tǒng)，降低了故障率，提高了生產(chǎn)中的安全可靠性，降低了現(xiàn)場操作人員和儀表維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
　?。?）功能齊全。將系統(tǒng)控制、連續(xù)控制、連鎖控制有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)的控制方式，并可以方便加入所需要的特殊控制模塊和控制算法。
5 結(jié)語
　　通過DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)氯化氫合成和輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化管理，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平．使氯化氫合成和輸送更加穩(wěn)定便捷，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本，控制效果理想，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。