异戊橡胶配剂系统控制方案的实现

周世军 王新强(中国石油独山子石化公司，新疆 独山子 833699)

异戊橡胶配剂系统控制方案的实现

周世军 王新强(中国石油独山子石化公司，新疆 独山子 833699)

介绍异戊橡胶装置配剂方案仪表配套设计以及自控方案在CS VP及TRICONEX设计与应用，根据不同自控设计配置方案，比较方案各种利弊，并提出优化的仪表设计方案。

配剂;事故安全;操作站;流量累积;模块

1 异戊橡胶装置工艺流程概述

采用稀土催化剂，连续溶液生成聚异戊二烯橡胶产品。单体异戊二烯与催化剂溶解在脂肪烃、脂环烃、芳烃或混合溶剂中，经过聚合反应釜生成的高分子橡胶溶解在溶剂中，形成胶液，送入汽提单元。通过汽提蒸汽及搅拌作用下，胶液分散成小颗粒，经过气相分离，生成的固体胶粒悬浮在热水中。送入后处理单元，完成振动脱水、洗胶、挤压脱水、膨胀干燥、热风干燥、压块成型、产品包装等等全过程。其中工艺生产线有：一条催化制备生产线、一条单体精制生产线、两条聚合生产线、两条汽提生产线、两条后处理生产线、一条溶剂回收生产线。

2 异戊橡胶装置配剂控制流程

异戊橡胶在催化剂单元，聚合单元，汽提单元都存在配剂工艺。

配剂组分通过氮气压或是动力泵将配剂组分注入在配剂罐内，在罐为搅拌混合配剂，完成工艺设定浓度配置。配剂组分支线上设有流量控制阀，当流量累积设定达到累积设定值时，联锁切断配剂组分支线上切断阀。

催化单元配剂主要为为聚合单元提供合格的聚合催化剂。配剂主要包括：1、甲苯收料工艺配剂，2、16%TIBA溶液配制，3、16%DIBAH溶液配制 4、3%TIBA溶液配制。5、2%DIBAH溶液配制6、浆状NCS溶液配制,7间戊二烯精制KOH催化剂中溶剂量环己酮丁醇配制。8、废合成催化剂处理稀硫酸配制，加入10%硫酸同废催化剂反应，以使催化剂失活处于安全状态。

聚合反应末釜出口胶液中注入抗氧剂，防止橡胶氧化。主要配剂有抗氧剂配制。

汽提单元主要是配制含有Ca++离子的分散剂，分散剂可防止胶粒互相粘连，达到较好的汽提效果。1、消泡剂配制2、硬脂酸钙配制 3、分散剂配制罐配制4、PH调节剂配制5、氢氧化钾溶液稀释剂配制。

3 异戊橡胶装置配剂方案仪表设计总体方案

根据橡胶流程特点仪表设计从仪表选型及回路设计，联锁逻辑，操作站设计，需要全面考虑。

仪表选型：例如:催化剂配置单元从工艺介质特性及工艺要求精度较高，仪表选型多采用精度较高（精度等级0.5）的质量流量计作为配剂计量，以满足工艺配剂剂量控制要求，汽提单元配剂相对较为宽松，故仪表选型考虑工艺介质特性及性价比，选择涡街流量（计精度等级0.75）即可满足工艺要求。再者根据介质特性需选择适合工况的流量计，如废合成催化剂处理中稀硫酸剂量的剂量采用测量管及浮子材质的金属浮子流量计进行质量测量。仪表选型是仪表工作可靠，工艺控制前提条件。

回路设计：橡胶装置可根据SIL安全等级划分，设计DCS和SIS系统，催化剂配置影响橡胶在聚合反应聚合率及产品性能指标，催化剂配置不合格，影响后续聚合反应：聚合在一定压力和温度下进行反应，反应过程的化学品种类多，反应温度要求控制低温。一旦失误即可造成事故。如反应温度超过正常控制指标有可能发生爆聚“坨釜”现象。所以催化剂配置影响产品是否达标，严重的安全高效生产重要因素。在橡胶催化剂配制单元自控多采用SIL等级较高的SIS系统做为工艺控制系统。严格执行SIL等级划分，在自控回路环节尽可能减少中间环节，选择故障率较低的可靠地仪表元器件，保证安全等级。对于配剂流量既参与联锁又参与DCS调节的，可在回路中设计信号分配器，实现将配剂流量引入DCS，SIS系统中。对于工艺控制指标较为要求不严的配剂操作可采用DCS系统完成工艺配剂。如：汽提单元配剂可采用DCS系统设计联锁。可减少回路元器件及系统I/O通道，节省投资。从较少投资上也可将联锁切断阀阀回讯引入DCS系统，即可完成切断阀位状态监测以及事故分析功能(系统应设计时钟同步)。因此自控设计应充分考虑工艺控制需求，安全等级，性价比上选择适宜的控制系统。

根据项目情况可设置SIS操作站也可以不设置SIS操作站，无操作站可省去相应投资，配剂操作可在DCS上实现。方便操作人员集中，高效操作，同时无操作站，增加了DCS与SIS系统直接往来信号。系统方案设置时应从，安全性，操作习惯，投资综合考虑。

4 异戊橡胶装置配剂方案特点

以催化单元16%TIBA溶液配制为例，说明其配剂特点。

工艺配剂流程系简述：原料甲苯经过干燥处理后与用氮气压进纯三异丁基铝，进入配剂罐进行配制16%的三异丁基铝甲苯溶液。再与其它配制的催化剂进行合成，合成后的催化剂合格后，经过换热等工艺处理之后经计量泵送至聚合反应单元的聚合生产线。

工艺配剂联锁逻辑关系简述：配剂量甲苯与纯三异丁基铝支线上设有远传流量及控制阀、切断阀，配剂罐上设有远传液位显示，当甲苯与纯三异丁基铝流量累积量值达到工艺设定流量累积值时，联锁关闭切断阀，当流量累积联锁失效时（流量累积有误），配剂罐液位高高联锁关闭配剂流量切断阀。

异戊橡胶配剂联锁逻辑与其他工艺装置逻辑不同，控制配剂量是一显著特点，因此多在配剂罐进料累积量进行控制，其它工艺装置多以瞬时量作控制。

5 异戊橡胶装置配剂方案在CS VP及TRICON⁃EX系统实现

异戊橡胶配剂联锁逻辑控制根据SIL等级划分，部分设计在DCS，部分设计在SIS系统，该装置DCS采用CS VP系统，SIS系统采用TRICONEX系统，分别介绍在各个系统配剂方案实现：

利用CS VP系统内部模块：逻辑模块LC64，关系模块RL,开关阀模块SIO,扩展型5按钮开关块PBS5C，计算模块CALC模块实现可实现控制方案。

其中流量累积量个利用PID模块中SUM参数提取，无须其他组态。RL模块利用较为灵活，可以做多组做数据间的大小关系比较或者逻辑关系表达。利用CALC程序模块设计实现流量复位。根据故障安全设计原则，开关阀模块SIO须进行必要的设置保证故障安全性。

TRICONEX配剂联锁实现

利用系统内部流量累积模块：F_AC01_02：该模块设有复位端及辅助端，功能较为灵活，无须搭建其它模块，与其系统内部模块AI2H模块：模拟量处理模块（带2个高报警值）再利用与或非门,比较器，RS触发器；模块组合及可实现配剂联锁方案。

比较CS VP系统与TRICONEX系统内实现联锁配剂方案，逻辑组态基本模块系统内部比较丰富，实现功能想相同。TRI⁃CONEX系统逻辑较多采用FBD功能块组态方式，模块设计完全依照故障安全性设计，无须作作模块转化，CS VP软件内部模块参数较多，逻辑设计需要引用相应的参数，利用模块较多，在设计故障性逻辑时需要一些必要的模块参数设置，同时要注意模块初始化操作。逻辑实现方式也可多种多样，较为灵活丰富。再者CS VP能实现逻辑联锁与控制相结合，实现更为的复杂的控制与联锁。

6 结语

石油化工装置设计中，控制、联锁是仪表设计中重要一环，控制及联锁设计关系到工艺正常生产，事故，安全，经济效益等。设计应考虑控制，联锁方案各个环节：工艺流程特性，仪表选型，控制，联锁方案，系统配置等方方面面。设计中应严格执行行业标准，优化设计方案。

[1《]化工自控设计规定》国家石油化工出版.

[2]陆德民《石油化工自动控制设计手册》北京:化学工业出版社,2007.

[3]邵裕森《自动控制系统(工业生产过程自动控制系统)》北京:中央广播电视大学出版社,1998.

[4]朱麟章《过程控制系统及设计》北京:机械工业出版社,1996.

[5]王镇安《化工工艺设计手册》 北京:化学工业出版社,2003.

周世军（1979-），男，大学本科，从事石油化工仪表维护管理工作。

王新强（1979-），男，大学本科，从事石油化工仪表维护管理工作。