謝懷坤

摘 要：作為重要的工業(yè)炸藥，水膠炸藥以較好的物化性能與爆炸性能得到了廣泛使用。但在水膠生產(chǎn)的過(guò)程中，甲胺與硝酸的中和工序具有一定的危險(xiǎn)性，需要實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”自動(dòng)控制生產(chǎn)?；谶@種情況，本文以青海海西東諾化工有限公司的水膠生產(chǎn)線技術(shù)改造項(xiàng)目為例，對(duì)水膠中和遠(yuǎn)程控制技術(shù)改造問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了中和工序的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：水膠中和；遠(yuǎn)程控制；技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：R64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在水膠生產(chǎn)線上，中和工序是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。而使用的硝酸與甲胺原料分別為強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，中和得到的產(chǎn)物對(duì)溫度比較敏感，在高溫環(huán)境中具有一定的危險(xiǎn)性。為增強(qiáng)水膠生產(chǎn)的安全性，生產(chǎn)水膠的很多化工企業(yè)紛紛開(kāi)始使用電氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制。而實(shí)現(xiàn)對(duì)水膠生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程控制，則能使操作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)中和工序的操作控制，進(jìn)而使水膠生產(chǎn)安全性得到進(jìn)一步提高。

1.項(xiàng)目概況

青海海西東諾化工有限公司是一家從事水膠生產(chǎn)的化工企業(yè)，生產(chǎn)的水膠產(chǎn)品擁有優(yōu)良的性能，并深受用戶歡迎。目前，該公司水膠生產(chǎn)線主要采用硝酸與甲胺進(jìn)行水膠生產(chǎn)，制造工藝主要包含中和、濃縮、溶解、混合4個(gè)部分，生產(chǎn)出的水膠炸藥形似果凍。在水膠生產(chǎn)過(guò)程控制方面，該公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電氣化生產(chǎn)，分別在“中和濃縮”和“溶解混合”兩道工序上完成的PLC站點(diǎn)設(shè)置，從而利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水膠生產(chǎn)過(guò)程的控制。此外，公司也在現(xiàn)場(chǎng)完成了防爆操作箱的設(shè)置，并安排專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。所以在水膠中和生產(chǎn)過(guò)程中，需要依靠人為現(xiàn)場(chǎng)操作（2～3人）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制。但是，硝酸和甲胺在中和過(guò)程中將釋放大量熱，容易引發(fā)火災(zāi)，僅依靠人工控制難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)意外的及時(shí)處理，所以很容易給現(xiàn)場(chǎng)控制人員帶來(lái)傷害。因此，還需要實(shí)現(xiàn)中和環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)水膠生產(chǎn)的“無(wú)人化”操作，進(jìn)而在盡可能減少生產(chǎn)事故發(fā)生的同時(shí)，為生產(chǎn)操作人員提供保護(hù)。針對(duì)這一情況，青海海西東諾化工有限公司決定進(jìn)行水膠中和工序的技術(shù)改造目，以實(shí)現(xiàn)中和工房的遠(yuǎn)程操作控制、監(jiān)控，繼而滿足工序零操作人員的要求。

2.水膠中和遠(yuǎn)程控制技術(shù)改造

2.1 水膠中和工藝

在水膠炸藥生產(chǎn)的過(guò)程中，中和工序是重要關(guān)節(jié)。從工藝原理上來(lái)看，就是使甲胺與濃硝酸反應(yīng)，從而獲得硝酸甲胺。而作為炸藥組分中主要的敏化劑，硝酸甲胺也是一種炸藥。在甲胺與硝酸反應(yīng)的過(guò)程中，又會(huì)釋放大量的熱，所以將使水膠中和具有一定的危險(xiǎn)性。從工藝流程上來(lái)看，生產(chǎn)線共有兩組中和濃縮設(shè)備，會(huì)進(jìn)行同工藝交錯(cuò)生產(chǎn)。而中和工序使用的機(jī)械設(shè)備包含中和反應(yīng)裝置、儲(chǔ)藏輸送系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。其中，反應(yīng)裝置包含硝酸邏輯閥、中和罐、中和排料閥等，攪拌系統(tǒng)包含水密封、攪拌電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)等，冷卻系統(tǒng)包含冷卻水泵、閥門和冷卻塔等，儲(chǔ)藏輸送系統(tǒng)則由VIP泵和溶液儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在生產(chǎn)的過(guò)程中，硝酸泵先會(huì)被啟動(dòng)，從而將儲(chǔ)罐中硝酸投入中和罐。在硝酸達(dá)到一定量后，甲胺將被輸送到中和罐中。在投入甲胺的過(guò)程中，攪拌電機(jī)將進(jìn)行不斷攪拌。而操作人員還要加強(qiáng)中和溫度的密切監(jiān)視，并直至甲胺到達(dá)一定量后，利用pH試紙進(jìn)行檢測(cè)。如果pH過(guò)大，操作人員還要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行硝酸微調(diào)罐的調(diào)節(jié)。如果pH過(guò)小，操作人員則需要進(jìn)行甲胺微調(diào)罐的調(diào)節(jié)，直至pH符合工藝規(guī)定。中和結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)利用VIP泵將料吸至濃縮罐進(jìn)行濃縮。

2.2 中和工序的PLC控制

在整個(gè)中和工序操作過(guò)程中，甲胺中和是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，未加強(qiáng)控制就會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，所以還應(yīng)將該環(huán)節(jié)當(dāng)成是重點(diǎn)的技術(shù)改造內(nèi)容。目前，中和控制系統(tǒng)將采用PLC微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行中和控制，其核心部件包含PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)采樣變送器、氣動(dòng)閥、邏輯閥、電磁閥和二次儀表等。在工作過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)在注酸時(shí)將有關(guān)邏輯閥關(guān)閉，并直至滿足閉鎖條件后將硝酸邏輯閥打開(kāi)。此時(shí)，硝酸邏輯閥會(huì)將硝酸泵啟動(dòng)。當(dāng)達(dá)到標(biāo)定的酸量時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將硝酸邏輯閥與泵關(guān)閉，以完成注酸過(guò)程。在進(jìn)行甲胺中和時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行相關(guān)設(shè)備啟動(dòng)，并在閉鎖條件達(dá)到時(shí)打開(kāi)甲胺邏輯閥，操作人員則可以利用手動(dòng)閥進(jìn)行甲胺量調(diào)節(jié)。如果閉鎖條件發(fā)生變化，系統(tǒng)會(huì)將甲胺邏輯閥強(qiáng)行關(guān)閉，以提供閉鎖保護(hù)。在系統(tǒng)中和完成后，相關(guān)設(shè)備將會(huì)關(guān)閉，操作人員則需要通過(guò)微調(diào)進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)。在pH調(diào)節(jié)完成后，系統(tǒng)將打開(kāi)中和排料閥，儲(chǔ)罐內(nèi)溶液則會(huì)被泵送到濃縮工序。

2.3 技術(shù)改造內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有水膠中和工序控制情況，想要實(shí)現(xiàn)中和工序的“無(wú)人化”控制，還要完成新控制室的建設(shè)，并使各設(shè)備動(dòng)作及工序的現(xiàn)場(chǎng)控制與控制室的操作保持同步。想要達(dá)成這一目標(biāo)，還要在保持原有操作流程不變的基礎(chǔ)上，將原來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)的操作箱的所有操作轉(zhuǎn)移至控制室，并進(jìn)行硝酸、甲胺流量遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與監(jiān)控、遠(yuǎn)程微調(diào)及pH在線檢測(cè)、視頻監(jiān)控和其他相關(guān)參數(shù)采集等功能的實(shí)現(xiàn)。此外，應(yīng)保留原操作箱，以作為備用控制設(shè)備。

2.4 技術(shù)改造的實(shí)現(xiàn)

2.4.1 遠(yuǎn)程操作的實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)中和工序的遠(yuǎn)程操作時(shí)，考慮到原本工序使用的操作箱擁有較多手自動(dòng)按鈕，容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，還應(yīng)在新設(shè)的控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程PLC站點(diǎn)的設(shè)置，從而使系統(tǒng)的可靠性得到提高。而使用的PLC系統(tǒng)為歐姆龍CS1系列，在系統(tǒng)通信上采用ControlLink工業(yè)通信實(shí)現(xiàn)控制站與原中和站的PLC系統(tǒng)通信。采取該種發(fā)展相對(duì)成熟的通信方式，能夠確保數(shù)據(jù)交換的可靠性，并減少線路改動(dòng)，因此能夠使系統(tǒng)施工成本得到減少。利用DI點(diǎn)，則能將原本操作臺(tái)上的加酸和加胺等指令接入PLC系統(tǒng)，并利用DO點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)及工藝流程指示燈的控制。經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，則能將硝酸流量、甲胺流量、中和溫度、濃縮真空度等采集得到的參數(shù)轉(zhuǎn)化為4mA～20mA的電流信號(hào)，并利用數(shù)字顯示表顯示出來(lái)。而控制室操作臺(tái)應(yīng)采取原本操作箱的布局，并且使用原本的操作方法，以便使操作人員能夠輕松進(jìn)行控制室操作。在實(shí)際進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，根據(jù)顯示表上顯示的流量、溫度、壓力等參數(shù)，操作人員就可以進(jìn)行相應(yīng)操作。此外，為對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還要進(jìn)行工控機(jī)的配置，以便利用上位機(jī)畫面進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。

2.4.2 物料流量的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)

使用原有中和控制系統(tǒng)，操作人員需要在現(xiàn)場(chǎng)利用手動(dòng)閥進(jìn)行硝酸流量及甲胺流量的調(diào)節(jié)。在實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造時(shí)，可以在原來(lái)的硝酸手動(dòng)調(diào)節(jié)閥及甲胺手動(dòng)調(diào)節(jié)閥后端進(jìn)行氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的加裝，并在原來(lái)的中和濃縮PLC站進(jìn)行DA模塊增設(shè)，然后通過(guò)控制4mA～20mA模塊量信號(hào)實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)度控制，繼而實(shí)現(xiàn)硝酸與甲胺流量的調(diào)節(jié)。在原本中和工序中，操作人員還要在pH測(cè)試環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行硝酸微調(diào)罐和甲胺微調(diào)罐的控制，以實(shí)現(xiàn)中和工序的微調(diào)控制。因?yàn)?，原本的加酸和加胺主管道較大，擁有較大流量。如果閥門開(kāi)度較小，會(huì)出現(xiàn)打回流的情況。另外，硝酸及甲胺儲(chǔ)罐距離中和濃縮工房較遠(yuǎn)，需要一定時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)加酸與加胺，因此需要利用硝酸和甲胺的微調(diào)罐進(jìn)行pH微調(diào)。為實(shí)現(xiàn)該環(huán)節(jié)的“無(wú)人化”操作，還應(yīng)在微調(diào)罐玻璃管液位計(jì)上進(jìn)行液位開(kāi)關(guān)加裝，然后利用安全柵將開(kāi)關(guān)連接到PLC系統(tǒng)，繼而實(shí)現(xiàn)微調(diào)罐的液位報(bào)警。而微調(diào)罐主體結(jié)構(gòu)為不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，所以還應(yīng)進(jìn)行非接觸式液位開(kāi)關(guān)安裝。此外，還應(yīng)進(jìn)行啟動(dòng)球閥加裝，以實(shí)現(xiàn)微調(diào)罐的遠(yuǎn)程控制。

2.4.3 pH的在線測(cè)試

在原本的操作工序中，完成甲胺操作后，操作人員還要從中和罐中取樣，然后利用pH試紙進(jìn)行pH值的檢測(cè)，以確定中和程度。而這一過(guò)程實(shí)際具有較大的危險(xiǎn)性，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”操作。為此，還應(yīng)進(jìn)行在線pH檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，即在頂部進(jìn)行pH計(jì)的安裝，并確保其插入液面深度50cm左右，從而使其在單純硝酸液面之上。而直至甲胺加到70%左右時(shí)，液面才與pH探頭接觸。此外，還要進(jìn)行pH計(jì)變送器的安裝，從而為PLC系統(tǒng)提供4mA～20mA的電流信號(hào)，然后利用ControlLink網(wǎng)絡(luò)將檢測(cè)結(jié)果傳送至監(jiān)控室，以供控制室的操作人員參考。

2.4.4 視頻監(jiān)控

在中和工序的控制過(guò)程中，存在一定的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，所以還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控管理。使用原有控制系統(tǒng)，可以完成設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)信號(hào)的采集，并傳輸至控制室。而為使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控得到進(jìn)一步加強(qiáng)，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝視頻監(jiān)控，從而進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)畫面的實(shí)時(shí)傳送。此外，為方便控制室的操作人員掌握全局信息，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)畫面監(jiān)視器、上位機(jī)監(jiān)視器與操作臺(tái)的集成。

2.5 技術(shù)改造效果

從技術(shù)改造項(xiàng)目的運(yùn)行效果來(lái)看，水膠線技術(shù)改造方案得到了順利實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)全部遠(yuǎn)程操作，所以實(shí)現(xiàn)了水膠中和工序的“無(wú)人化”控制，并且能夠達(dá)到預(yù)期的控制要求。

結(jié)論

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，使用遠(yuǎn)程控制技術(shù)對(duì)水膠中和工序進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，能夠?qū)崿F(xiàn)水膠生產(chǎn)的“無(wú)人化”自動(dòng)控制生產(chǎn)。而實(shí)現(xiàn)水膠炸藥生產(chǎn)線中和工藝的無(wú)人操作，不僅能夠使水膠生產(chǎn)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，還能為從業(yè)人員提供更多安全保障，所以可以推動(dòng)水膠生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。因此，相信本文對(duì)水膠中和遠(yuǎn)程控制技術(shù)展開(kāi)的研究，可以為相關(guān)工作的開(kāi)展帶來(lái)啟示。

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