摘要：簡述了氯化氫合成的工藝流程。介紹了DCS系統(tǒng)的硬件和軟件情況，CS3000的特點及DCS在氯化氫合成和輸送控制系統(tǒng)的設計、應用、實施效果。

關(guān)鍵詞：DCS技術(shù)；氯化氫合成和輸送；控制

Design and application of DCS control system in hydrogen chloride synthesis

（xinjiang Tianye Tianchen Chemical Industry Co．，Ltd．，Shihezi 832000，China）

Abstract：The process flow path of hydrogen chloride synthesis was brief introduced．Some status wereintroduced，inlcuding the hardware and software of DCS control system,characteristics of CS3000,the design ofDCS in hydrogen chloride synthesis and transport control system，and the effect of application and implement．

Key words：DCS technology；hydrogen chloride synthesis and transport；control

新疆天辰化工有限公司40萬t/a PVC項目于2007年年底投產(chǎn)運行，該套生產(chǎn)裝置引入了許多國內(nèi)領先技術(shù)。該公司設計人員通過計算機的遠程控制、在線檢測、報警和連鎖等方式，將整個鹽酸系統(tǒng)網(wǎng)羅在DCS系統(tǒng)中．通過1個鼠標即可完成以往十幾個人的工作。在40萬t/aPVC的合成氯化氫項目上．成功地設計和應用了先進的全自動化DCS技術(shù)，對氯化氫合成過程和輸送過程進行全程監(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)流量計計量后，氯氣經(jīng)支管調(diào)節(jié)閥、點火閥、切斷閥，氫氣經(jīng)支管調(diào)節(jié)閥、點火閥、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出．在40℃進入氯化氫分配臺，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入鹽酸儲罐待售。

2 DCS技術(shù)在氯化氫合成和輸送控制系統(tǒng)中的設計

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，手動調(diào)節(jié)氯、氫流量。由于設備生產(chǎn)能力大，造成進合成爐的氯、氫流量、壓力或配比的細微變化，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，氫氣應控制適當過量，一方面可以防止氯化氫所含的游離氯在制酸時尾氣含氯高．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，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生成氯乙炔爆炸性氣體。

根據(jù)以上分析。可以認為對氫氣、氯氣流量的真值測定是實現(xiàn)自動比值控制的關(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。當氯氣變化時，根據(jù)主流量變化，副流量也有相應的變化。

當主流量變化時，氯氣真值流量信號送主控制器。主控制器按預先設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，副流量閉環(huán)系統(tǒng)為一個隨動控制系統(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。當主流量沒有變化而副流量由于自身干擾發(fā)生變化時，此副流量閉環(huán)系統(tǒng)相當于一個定值控制系統(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格，為使HC1裝置能安全、可靠地運行，必須采用多個控制回路。對儀表的測量精度、穩(wěn)定性及可靠性都有很高的要求。

（1）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)的儀表應符合防爆要求。

（2）由于被測介質(zhì)中含有氯氣等介質(zhì)，具有較強的腐蝕性。因此，大部分現(xiàn)場儀表應具備防腐性能。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。

（3）該工序控制儀表采用的流量計以進口原裝流量計為主，相對于其他類型的儀表具有測量精度高、反應快、性能穩(wěn)定等特點。

2.3 全自動DCS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式設計

氯化氫合成全自動化控制系統(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

（1）綜合性。CS一3000是一個功能齊全的系統(tǒng)，綜合了多種控制、管理、自動化和信 息技術(shù)于一身。

（2）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，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，也可通過標準協(xié)議與多個廠家的PLC系統(tǒng)以及符合ff、hart、profibus—dp等現(xiàn)場網(wǎng)絡標準的廠家的設備進行通信：另外，還可直接將各種通用應用軟件如msexcel、vb等應用于工程中。

（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CPU冗余容錯，電源卡雙重化，通訊卡雙重化，具有獨立的控制柜和端子板柜。系統(tǒng)單獨配置有OPC服務器．滿足每秒2000點的數(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)?？蓪崿F(xiàn)在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)運行。供電系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡和總線、I／0模塊均可實現(xiàn)雙重化。Vnet總線采用交替工作模式的雙重化結(jié)構(gòu)。

（4）高性能?？刂普静捎酶咚賀ISC處理器，可進行64位浮點運算和最高50 mS控制周期的模擬與邏輯控制。

（5）高效簡捷的工程。系統(tǒng)提供CAE（計算機輔助工程），直接用control drawing圖或填表格的方式進行軟件組態(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臺合成爐的31O多個檢測點、73個控制回路系統(tǒng)配置了2個控制站。這套系統(tǒng)的每個CPU、Vnet／IP通訊卡件均帶有自診斷功能和故障報警功能，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停止時可以繼續(xù)獨立控制，保證生產(chǎn)的正常運行。

2.3.3 全自動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)和輸送上的應用

3.1 DCS控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)作用

通過氯氣、氫氣壓力和流量設定值對進爐氯氣、氫氣進行自動調(diào)節(jié)配比，設定進爐的氫氣和氯氣壓力、流量。雙重數(shù)據(jù)設定保證了進入合成爐內(nèi)參與合成氯化氫反應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 氫氣進爐前的壓力連鎖控制

在氫氣緩沖罐設置大小2個放空調(diào)節(jié)閥．當氫氣總管超壓時，自動打開小調(diào)節(jié)閥放空，當小調(diào)節(jié)閥全開，壓力還高時自動打開大調(diào)節(jié)閥放空。壓力下降時先關(guān)大閥再關(guān)小閥。氫氣超壓放空順控圖見圖3。

3.2.2 氯氣進爐前的壓力連鎖控制

在氯氣緩沖罐上設置了壓力調(diào)節(jié)閥．當氯氣總管超壓時，緩沖罐上調(diào)節(jié)閥連鎖自動打開向液化除害泄壓。

3.2.3 進爐氫氣、氯氣切斷閥、充氮閥連鎖控制

DCS設置了合成爐一鍵停車按鈕，當鼠標按下停車按鈕后，氫氣、氯氣進口切斷閥關(guān)閉，充氮閥連鎖自動打開．HCI去吸收調(diào)節(jié)閥連鎖自動打開，同時連鎖關(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)閥同時連鎖打開，同時關(guān)閉乙炔進混合器閥門。

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HC1總管壓力超過指標，或混合器溫度高于指標時，連鎖所有送HC1合成爐自動打開HC1去吸收調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉HC1去混合脫水調(diào)節(jié)閥以防止乙炔氣倒人，同時打開吸收水調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉乙炔進混合器閥門。氯氣超壓去液化順控圖見圖4。

3.2.5 電解停車時的連鎖控制

鹽酸與電解電流連鎖。當電解跳停，連鎖所有運行合成爐氫氣、氯氣進口切斷閥關(guān)閉．充氮閥自動打開，自動打開HC1去吸收調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉HCI去混合脫水調(diào)節(jié)閥以防止乙炔氣倒人．同時打開吸收水調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)閉乙炔進混合器閥門。

4 DCS控制系統(tǒng)在生產(chǎn)和輸送上的應用

（1）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)自動連鎖控制。當有危險發(fā)生時。都能利用DCS系統(tǒng)進行控制．使工藝運行處在安全狀態(tài)。

（2）對氯化氫生產(chǎn)和輸送過程中的控制更加安全。實現(xiàn)了復雜控制系統(tǒng)和安全的連鎖報警系統(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人員的勞動強度。

（3）功能齊全。將系統(tǒng)控制、連續(xù)控制、連鎖控制有機結(jié)合，可以實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進的控制方式，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)實現(xiàn)了整個氯化氫合成和輸送系統(tǒng)的自動化管理，提高了生產(chǎn)的自動化水平．使氯化氫合成和輸送更加穩(wěn)定便捷，降低了員工的勞動強度，降低了生產(chǎn)成本，控制效果理想，取得了良好經(jīng)濟效益。