周鑫
(中國天辰工程有限公司,天津 300400)
硫銨單元是己內酰胺生產裝置的主要單元之一。環己酮肟在發煙硫酸作用下,發生Beckmann重排反應,生成己內酰胺。重排反應產物粗己內酰胺及過量發煙硫酸進入中和結晶系統,在硫銨裝置內實現己內酰胺與過量發煙硫酸的分離。為達到分離目的,重排液中的硫酸需使用氨中和,生成硫銨?;瘜W反應式如式(1)所示:
(1)
反應生成的硫銨通過結晶從液相中分離出來,硫銨生產流程如圖1所示。
圖1 硫銨生產流程示意
硫銨生產主要包括中和結晶和硫銨干燥兩個生產過程。在中和結晶生產過程中,需要控制重排液進料和氣氨進料的質量流量,通過進料管路上的流量控制閥調節進料流量,設置單回路控制。同時為達到兩種進料的物料平衡,在控制系統上設置兩種進料的雙閉環比值控制。
在硫銨干燥過程中,由就地PLC直接控制離心機,DCS通過與PLC通信間接控制離心機。經由離心機進行固液分離后得到的潮濕硫銨進入到流化床后,需要控制流化床的溫度,使硫銨產品達到最優的干燥狀態,通過調節流化床入口的蒸汽進量來控制流化床內部的溫度??刂葡到y結構如圖2所示。
圖2 DCS控制結構示意
經過Beckmann反應后,重排液與氣氨一起進入中和結晶器,反應生成的硫銨漿液分別進入到對應的稠厚器。中和結晶過程的2個重要原料重排液和氣氨的進料流量在DCS中采用PID控制,其中主控制回路為重排液質量流量,副控制回路為氣氨質量流量,2個控制回路構成雙閉環比值控制系統。根據生產過程需求,需要滿足進料重排液質量流量與氣氨質量流量的比值約為1∶5,所以該處比值設定為0.2,以此來滿足穩定的匹配與進料狀態。
在中和結晶反應過程中,較重要的為物料的進料平衡,均為單回路控制,在DCS上設置PID控制器即可調節。涉及相關物料進出閥門、機泵以及反應器的聯鎖邏輯控制,特別是報警等所帶來的聯鎖需求,在DCS中進行相關設置。
在得到中和結晶產物硫銨漿液后,要進一步分離干燥,才能得到干燥的硫銨粉末成品。
1.2.1離心機控制及聯鎖設置
根據工藝需求共設置了3套離心機接收上游硫銨漿液,正常運轉時,離心機采取“兩開一備”,輪流交替進行工作。
離心機采用PLC控制,通過ModBus 485通信協議將整體運行狀態上傳到DCS,由DCS做上層監控。為了信號傳輸的穩定安全,離心機部分重要的狀態檢測信號,通過硬接線的方式接入到DCS機柜室,由DCS進行監控并且聯鎖控制。當離心機出現正常運行停止狀態或者聯鎖停機時,在DCS側會聯鎖關閉離心機的進料控制閥。離心機的運行過程狀態及聯鎖見表1所列。
1.2.2流化床干燥控制
流化床干燥過程共設置2套流化床,流化床A接收離心機A和B的物料,流化床B接收離心機C和B的物料,2套流化床同時運轉工作,由于流化床成套所配帶的儀表和閥門較多,并且這些儀表和閥門并未在一個完整的撬塊上,所以該部分的控制并沒有配置流化床專用的就地PLC控制器,所有儀表和閥門的監控均在DCS上來完成。
表1 離心機的運行狀態及聯鎖
在流化床干燥過程中,主要需要控制流化床的溫度,通過蒸汽量來調節,通過蒸汽閥的調節使流化床溫度平衡到工作溫度,該處采用單回路控制。另外,流化床的出口風壓力需要保持一個微負壓的狀態,該處通過流化床的出口引風機來調節壓力,組成一個單回路的壓力控制結構。流化床的風機由馬達控制中心(MCC)直接控制,部分信號由DCS來監控。DCS通過硬接線的方式獲取風機的運行狀態故障、運行狀態監測等信號,并進行間接的停止和速度調節控制。
風機上帶有溫度測量傳感器,信號直接接入DCS中,在DCS中進行監控和報警設置;同時每套風機配置了2個振動傳感器,也直接接入DCS進行監控和報警設置。
流化床干燥后的硫銨經傳送帶輸送至料倉中存儲,共設置6個料倉來滿足不同包裝規格的硫銨包裝生產。由于硫銨輸送工段存在粉塵,所以在輸送流程內的所有設備并未設置就地控制器,以免因粉塵造成就地控制器的故障以及維護不便。這些成套設備又由不同供貨商供貨,設備間無法完成就地的連接通信以及控制,所以這些設備的控制均由硬接線的方式接入DCS,由DCS完成直接監控。其中,料倉的工作狀態沒有信號傳輸至DCS,需要通過犁式卸料器的工作狀態來判斷料倉的工作狀態,見表2 所列,其中O代表犁式卸料器運行,X代表犁式卸料器未運行。
表2 料倉運行邏輯判斷
由表2可知,硫銨輸送過程通過在DCS上的順控設置來完成對這些設備的控制和狀態監測,以及整個輸送過程的控制,滿足硫銨產品送至目的料倉同時減少現場環境粉塵的目的。
在整個硫銨生產與輸送過程中包含有大量的成套設備,并且來自不同的供貨商,設備間由于內在和外在的原因無法實現就地有效地連接通信,利用DCS控制系統可以有效地提高生產效率,確保系統運行正常、穩定,不但節約了設備及生產控制的成本,還使整個硫銨生產及輸送過程的可靠性及便利維護得到了保障。