王 進(jìn)，白永明

（陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319）

陜西北元化工集團(tuán)有限公司依托榆林地區(qū)豐富的煤炭、電石和原鹽資源優(yōu)勢，已建成包括110 萬t/a聚氯乙烯、88 萬t/a 燒堿裝置，4×125 MW 抽氣式直接空冷汽輪發(fā)電裝置，240 萬t/a 工業(yè)廢渣水泥裝置，項目年可直接轉(zhuǎn)化原鹽 165 萬t、電石 165 萬t，間接轉(zhuǎn)化原煤600 萬t，化工分公司配套有生產(chǎn)能力約為25 000 m3/h 的濕法乙炔裝置，共計12 臺濕法發(fā)生器。

1 濕法制乙炔生產(chǎn)背景技術(shù)

化工分公司年產(chǎn)100 萬t PVC 項目，共有12 臺濕法乙炔發(fā)生器， 在正常生產(chǎn)過程中每臺發(fā)生器平均20 min 左右加完一斗電石，即在20 min 內(nèi)需完成一次電石由小缸加至上儲斗、 再由上儲斗加至下儲斗，期間還需不斷開啟上儲斗放空閥、充氮閥進(jìn)行保壓、置換、檢漏等操作，操作人員每人至多同時監(jiān)控3 臺發(fā)生器，濕法制乙炔DCS 操作人員需進(jìn)行頻繁的操作。一方面工作量過大需要大量操作人員；另一方面頻繁操作易造成人員疲勞而誤操作導(dǎo)致重大安全事故。為了降低員工勞動強(qiáng)度，避免因人員疲勞誤操作，提高生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化水平，需要提出解決方案。

2 自動加料解決方案

2.1 電石料位的測量

要實現(xiàn)濕法制乙炔自動化， 首先要解決的問題是各類工藝參數(shù)的準(zhǔn)確采集， 尤其是發(fā)生器加料小缸、上儲斗、下儲斗電石料位的測量，關(guān)系到程序能否準(zhǔn)確判斷及運行。

2.1.1 工況簡介

加料小缸和上儲斗、 上儲斗和下儲斗之間各有一閥門用于乙炔氣體的密封。 在加料小缸到上儲斗或者上儲斗到下儲斗卸料過程中既要保證物料全部卸完（否則閥門無法關(guān)閉），又要保證下面儲斗的氣體不要進(jìn)入到上面儲斗內(nèi)， 因此對儲斗內(nèi)料位的控制極其重要，傳統(tǒng)方法是采用風(fēng)鎬（氣錘）敲擊罐體人工聽聲音的方法辨別是否有料， 如果料位低于風(fēng)鎬安裝位置，將完全失去作用，全靠操作工人的經(jīng)驗判斷，給操作帶來極大難度。 且易造成誤操作導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.1.2 解決方案

（1）由于閥門是在儀表報警后（下料結(jié)束）關(guān)閉，有乙炔氣體進(jìn)入料倉且溫度達(dá)到50 ℃， 安裝附件必須能滿足密封要求（前、后端均采用陶瓷密封，壓力按 1 MPa 設(shè)計）。

（2）由于下料速度快，單位時間進(jìn)出料頻繁，必須考慮附件伸入倉內(nèi)部分的耐磨性及抗砸能力 （安裝附件為壁厚 13 mm 45 號鋼淬火， 硬度大于HRC38）滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求。

根據(jù)上述要求， 通過實際考察， 選用某公司的HAWK 微波物位開關(guān)，此物位開關(guān)由3 個電器隔離的單元構(gòu)成，即發(fā)射器、接收器與放大器，發(fā)射器與接收器相互正對安裝。 為獲得良好的性能需要確保接收器、發(fā)射器的安裝是牢固且是嚴(yán)格正對的。發(fā)射器向具有微波偵測能力的接收器發(fā)送微波束， 微波束發(fā)送200 次/s， 當(dāng)在接收器同一平面出現(xiàn)吸收微波的物料時，微波束將不能到達(dá)接收器，因而接收器將不能偵測到微波束。當(dāng)接收器端偵測到微波束，狀態(tài)改變時將會觸發(fā)繼電器動作，從而向DCS 傳遞料位信息。

另外，根據(jù)工藝條件的要求，為了確保物位開關(guān)真實反映加料小缸及儲斗是否存在電石， 要求物位開關(guān)必須安裝在各儲斗的下部，示意圖見圖1。

圖1 物位開關(guān)安裝位置示意圖

通過現(xiàn)場實際調(diào)試投入試用， 此物位開關(guān)可以滿足現(xiàn)場工況要求，為DCS 提供可靠的料位信息。

2.2 電石自動加料應(yīng)用研究

目前， 國內(nèi)大部分濕法制乙炔電石加料采用DCS 人工手動進(jìn)行加料，需要操作人員不停操作充氮閥、放空閥、加料閥來完成置換、保壓、加料等步驟，一方面頻繁操作易造成人員疲勞而誤操作，另一方面需要大量的操作工，提高了生產(chǎn)經(jīng)營成本。

2.2.1 自動加料程序?qū)崿F(xiàn)

為了實現(xiàn)電石自動加料， 將一個完整的加料程序分為6 個步驟來分解實現(xiàn)，即加料前排氣置換、小缸向上儲斗加料、加料后排氣置換、保壓判斷、上儲斗向下儲斗加料和泄壓判斷。 通過6 個步驟完成一次完整的發(fā)生器加料過程。 自動加料流程示意圖見圖2。

圖2 自動加料流程示意圖

（1）加料前排氣置換

在小缸料位計顯示有料且上儲斗料位計顯示無料的情況下，點擊自動加料，加料前排氣置換自動開始，上儲斗放空閥自動打開、充氮閥自動PID 調(diào)節(jié)上儲斗壓力在13 kPa 左右進(jìn)行置換，在上儲斗壓力大于11 kPa 的條件下，置換7 min 合格，加料前排氣置換步驟完成。 若在7 min 內(nèi)出現(xiàn)上儲斗壓力小于11 kPa 的情況，則程序自動報故障需人工手動處理，操作人員需手動置換合格后點擊確認(rèn)鍵進(jìn)行下一步驟。

（2）小缸向上儲斗加料

加料前排氣置換步驟完成后， 具備小缸向上儲斗加料條件，打開上活門進(jìn)行加料，在50 s 內(nèi)若上儲斗料位計顯示有料且小缸料位計顯示無料則表示小缸向上儲斗加料步驟完成，延時10 s 后開始關(guān)閉上活門，再延時10 s，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步驟。若超過50 s仍不能滿足 “上儲斗料位計顯示有料且小缸料位計顯示無料”條件則程序報故障需人工手動處理，直至“上儲斗料位計顯示有料， 且小缸料位計顯示無料”條件滿足點確認(rèn)鍵進(jìn)行下一步驟。

（3）加料后排氣置換

小缸向下儲斗步驟完成后， 上儲斗充氮閥自動PID 調(diào)節(jié)上儲斗壓力在13 kPa 左右進(jìn)行置換，在上儲斗壓力大于11 kPa 的條件下，置換7 min 合格，加料后排氣置換步驟完成。 若在7 min 內(nèi)出現(xiàn)上儲斗壓力小于11 kPa 的情況，則程序自動報故障需人工手動處理， 操作人員需手動置換合格后點擊確認(rèn)鍵進(jìn)行下一步驟。

（4）保壓判斷

加料后排氣步驟完成后， 程序自動關(guān)閉上儲斗放空閥，判斷上儲斗壓力是否在10 kPa 以上，若低于10 kPa 則打開上儲斗充氮閥充氮至10 kPa 以上，若高于10 kPa 則直接延時10 s，取出當(dāng)時上儲斗壓力值P1，再延時30 s，P1 與當(dāng)前上儲斗壓力值作差取絕對值P。 若P 小于0.5 kPa，則保壓判斷合格，保壓判斷步驟完成；若P 大于0.5 kPa，則程序自動報故障需手動處理漏點， 處理完成后點擊確認(rèn)鍵再進(jìn)行一次保壓判斷步驟，若合格進(jìn)入下一步，若不合格則仍需手動處理漏點直至處理合格。

（5）上儲斗向下儲斗加料

保壓判斷步驟完成后，首先判斷“上儲斗料位計顯示有料且下儲斗料位計顯示無料”條件是否滿足，若不滿足程序等待，若滿足則關(guān)閉給料機(jī)電流，延時10 s 后，打開下活門進(jìn)行加料，在50 s 內(nèi)若下儲斗料位計顯示有料且上儲斗料位計顯示無料則表示小缸向上儲斗加料步驟完成，延時10 s 后開始關(guān)閉下活門，再延時10 s，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步驟。 若超過50 s 仍不能滿足 “下儲斗料位計顯示有料且上儲斗料位計顯示無料”條件則程序報故障需手動處理，直至“下儲斗料位計顯示有料且上儲斗料位計顯示無料”條件滿足點確認(rèn)鍵進(jìn)行下一步驟。

（6）泄壓判斷

上儲斗向下儲斗加料步驟完成后， 打開上儲斗放空閥泄壓至上儲斗壓力小于0.2 kPa，關(guān)閉上儲斗放空閥。 延時30 s 后若上儲斗壓力小于1 kPa 則泄壓判斷合格，顯示進(jìn)料結(jié)束，等待下一次加料。 若延時30 s 后出現(xiàn)上儲斗壓力大于1 kPa 的情況則程序自動報故障需人員手動處理漏點， 處理完成后點擊確認(rèn)鍵再進(jìn)行一次泄壓判斷步驟， 若合格則顯示進(jìn)料結(jié)束， 若不合格則仍需手動處理漏點直至處理合格。

每個步驟的開始是通過判斷各儲斗的料位開關(guān)、壓力、閥門的反饋狀態(tài)來進(jìn)行。 各個步驟按順序執(zhí)行。 為了避免加料小缸不能及時備料或備料不足的情況發(fā)生， 在每次自動加料程序開始需手動點擊開始， 在每個步驟中出現(xiàn)故障時程序停止運行并畫面報警。 操作人員處理故障后點擊確認(rèn)后程序自動進(jìn)入下一步驟。程序在運行過程中，當(dāng)操作人員需要手動操作時，點擊手動按鈕，程序停止運行，操作人員可進(jìn)行手動操作。操作完成后點擊下一步按鈕，程序自動進(jìn)入點手動按鈕時步驟的下一步驟。 程序運行過程中在打開下活門前自動關(guān)閉給料機(jī)電流，以防下料過程中壓力過高產(chǎn)生危險。 在下料結(jié)束下活門關(guān)閉后自動給料機(jī)一定電流開始運行。

2.2.2 自動加料程序故障及處理

在自動加料過程中， 最重要的一個問題就是在運行過程出現(xiàn)故障時不滿足運行條件時的處理。 在程序運行的6 個步驟中設(shè)置了條件故障跳轉(zhuǎn)， 當(dāng)程序檢測到故障條件滿足時自動跳轉(zhuǎn)程序至手動狀態(tài)，并在DCS 畫面提示程序故障。 要求操作人員參與消除故障，在故障消除后，操作人員點擊確認(rèn)后，程序投入自動運行。尤其在小缸向上儲斗加料、保壓判斷、 上儲斗向下儲斗加料、 泄壓判斷這四個步驟中， 出現(xiàn)故障操作人員處理后會再次判斷步驟是否完成，避免人員誤點確認(rèn)而造成嚴(yán)重后果。

2.2.3 投用后常見問題及解決

（1）加料前、后排氣容易出現(xiàn)故障，在最初的程序中設(shè)置當(dāng)上儲斗壓力大于12 kPa 時開始計時并在大于12 kPa 的情況下排氣7 min 合格， 若出現(xiàn)小于12 kPa 的情況則程序自動報故障。 排氣壓力是由充氮閥 PID 控制（PID 設(shè)定值 13 kPa），在上儲斗壓力由0 上漲至13 kPa 左右的過程中，尤其是在開始大于12 kPa 開始計時的瞬間，往往會出現(xiàn)壓力短暫的波動小于12 kPa 而導(dǎo)致程序報故障。 介于此原因， 在設(shè)置程序時在大于12 kPa 時先延時5 s 等待壓力穩(wěn)定后再開始計時排氣，另一方面將“排氣壓力出現(xiàn)小于12 kPa 判斷為故障”修改為“排氣壓力出現(xiàn)小于11 kPa 判斷為故障”， 大大減少了程序報故障的幾率。

（2）在正常生產(chǎn)中會遇到特殊情況需要停車，而自動加料程序在停車時可能運行在不同的步驟，下次開車時又需要自動加料程序從頭運行。 所以在程序中增加復(fù)位，即不管程序運行在那個步驟，只要點擊復(fù)位即可回到程序初始化位置。

（3）在一些步驟中尤其是加料前、后排氣步驟有延時，操作人員不能準(zhǔn)確了解程序運行至那個階段，故在步驟中加入計時器， 并在DCS 操作畫面上顯示，方便操作人員了解程序運行情況。并在運行各個步驟或步驟報故障時在DCS 畫面均有提示，方便操作人員了解程序運行實時狀態(tài)。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 自動化在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛， 甚至逐漸起著重要的決定作用。 在化工生產(chǎn)過程中采用自動化技術(shù)可以大幅提升生產(chǎn)效率，降低人力資源投入。另一方面自動化的提升可以減少人員參與，降低誤操作幾率，保障企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。 通過本次對濕法制乙炔電石自動加料的研究與實踐應(yīng)用， 促進(jìn)公司邁向自動化生產(chǎn)，對提高該公司行業(yè)競爭力有著重要意義。