清水剂生产自动化改进

王立尚

（中海油（天津）油田化工有限公司,天津 300400）

1 清水剂自动化的工艺要求

1.1 反应釜生产工艺流程

1）抽料：中控人员启动程序后，聚合釜自动抽真空，当压力低于X kPa后，聚合釜自动开启釜底阀，现场人员抽料。现场人员抽料完毕通知中控人员，中控人员点击“抽料结束”选项，系统自动关闭釜底阀，开启搅拌，并持续抽真空Xmin。

2）氮气置换：聚合釜抽真空Xmin完毕，系统自动进入氮气置换程序，同时系统提示“R***开始氮气置换”过程为抽真空至XkPa以下补氮气至XkPa以上为1次，反复X次，氮气置换X次后，系统自动维持聚合釜压力在XkPa～YkPa之间，同时提示“R***氮气置换结束”。

3）第一次升温：升温，系统提示“R***开始升温”，控制温度X±Y℃，当温度在X℃以上时开始搅拌计时30min，搅拌开始和结束时，系统均做搅拌提醒。系统自动维持聚合釜压力在X～YkPa之间。

4）第二次升温：低温搅拌计时到后，系统自动开始给聚合釜升温“R***开始升温”，控制温度X～Y℃之间。系统自动维持聚合釜压力在X～YkPa之间。

5）滴加催化剂：聚合釜温度达到X℃时，系统提醒“R***开始滴加催化剂”，中控人员启动“滴加催化剂”程序，系统开始滴加催化剂；滴加过程，聚合釜温度系统控制在X～Y℃，压力X～YkPa之间，超出温度范围，暂停滴加程序，待温度恢复至范围内，催化剂恢复滴加；滴加速度为X kg/min；滴加程序启动后，当高位槽压力低于X kPa，重量低于Xkg时，滴加程序自动结束，同时系统提示“R***滴加催化剂结束”。

6）反应过程：催化剂滴加结束后，持续搅拌，并对聚合釜充入氮气，使釜内压力保持在X～YkPa，控制温度在X～Y℃，整个反应时间计时X个h。

7）熟化：在反应计时Xh后，程序自动关闭搅拌，保持釜内压力在X～Y kPa之间，控制温度在X～Y℃之间(怎么控制)程序控制，低于X℃升温，高于X℃降温，保温保压Xh，使釜内物料充分熟化。熟化期间搅拌每隔Xmin开启搅拌Xmin。

8）冷却：熟化结束后，程序进入冷却阶段，系统提示“R***开始冷却”,系统自动开启循环水进水阀和回水阀，将物料温度降至X℃以下，系统提示“R***冷却结束”。

9）移液：中控人员启动移程序，聚合釜自动开启釜底阀；聚合釜自动补充氮气，压力维持在X～Y kPa；当聚合釜压力低于X kPa，移液结束，系统关闭聚合釜的釜底阀，关闭氮气阀，提示“R***生产过程结束”。整个聚合程序到此结束。

1.2 高位槽生产工艺流程

1）抽料：点击“抽料”，高位槽开始抽真空；点击“抽料完毕”，高位槽持续抽真空，当压力在X kPa以下，计时X min，提示“开始氮气置换”。

2）氮气置换：开始氮气置换X次，X次后，提示氮气置换结束。

3）滴加：氮气置换结束后，提示“等待滴加”，当R***程序提示“R***开始滴加催化剂”时，点击“滴加催化剂”，开启催化剂滴加的气动阀和调节阀。滴加程序通过调节阀调节滴加速度，Xkg/min；滴加过程，聚合釜温度系统控制在X～Y℃，压力X～Y kPa之间，超出温度范围，暂停滴加程序，待温度恢复至范围内，催化剂恢复滴加；滴加程序启动后，当高位槽压力低于X kPa，重量低于X kg时，滴加程序自动结束，同时系统提示“R***滴加催化剂结束”。

2 清水剂工艺生产现状

2.1 自动控制设备现状

目前现场安装的自动控制设备主要是气动阀和调节阀。气动阀门主要控制负责对真空、氮气、滴加、循环水、排水管线的开关控制。调节阀主要负责对滴加、蒸汽管线的开度控制。监测设备主要使用压力变送器和热电阻。压力变送器主要监测反应釜和高位槽的压力。热电阻主要监测反应釜内温度和排水管线阀汽温度。现场安装的设备比较齐全。这样就为生产过程自动化提供了前提条件。

2.2 工艺生产过程控制现状

目前工艺生产过程控制主要以人工控制为主，自动控制为辅。例如抽料过程，真空气动阀，釜底气动阀需要人工从DCS控制系统操作站手动开启。抽料完成后，手动关闭釜底气动阀，真空气动阀然后进行下一步操作。再比如滴加过程中高位槽需要控制氮气阀保持压力，维持比反应釜的压力高于XkPa，并且高位槽压力始终低于XkPa。这样就需要人工手动控制DCS系统操作站开关氮气气动阀。操作人员需要同时控制好几个反应釜，这样就对操作人员形成了巨大的压力，也不利于控制品质的保障。

自动控制方面，目前仅有反应釜和高位槽的氮气置换程序，反应釜的移液排出程序。其他的工艺控制例如：搅拌时间控制、温度控制、压力控制等均依赖人工手动控制。

3 自动化改进

3.1 程序设计

本次改进是基于横河DCS控制系统的程序编辑，使用ST16顺序控制表作为反应釜和高位槽的控制模块可以提高编程效率减少调试时间。因此，选择ST16模块作为程序的主要控制模块。根据系统应用技术手册，选择TM计时器模块作为时间计算模块，选择RL比较模块负责数据比较，选择BDSET-1L数据块进行数据的储存。

经过总体的设计本次程序编辑共计需要4个ST16顺序控制模块，其中高位槽和反应釜使用2个ST16顺序控制模块，反应釜在反应期间的温度控制和压力保持各使用1个ST16模块。使用3个RL比较模块。使用5个TM计时器模块。使用1个BDSET-1L数据块。通过对系统软件资源的梳理，系统可以满足本次程序编辑的功能可使用。

同时反应釜控制主程序可以通过相应的不同的内部开关按钮调用氮气置换，压力维持，温度控制，加热，冷却等子程序。

3.2 程序编辑

以反应釜的主控程序编辑过程为例：ST16位横河DCS顺序控制模块，可采用步序进行编辑，“→”前面为条件，后面为执行。

反应釜主控程序编辑ST16顺序控制程序编写：步序1：自控程序按钮启动→自控程序按钮复位，真空阀变为自控状态，阀门CSV状态变为2（打开状态）进入步序2。

步序2：比较模块RL的第一比较组调用，反应釜压力变送器PI104W监测值低于X kPa→釜底气动阀状态变为AUT，CSV状态变为2（打开），抽料过程标志按钮值变为1，按钮标志字体变红。进入步序3。

步序3：抽料结束按钮启动→釜底气动阀状态变为AUT，CSV状态变为0（关闭），抽料结束按钮复位，搅拌MT101W状态变为AUT，CSV状态变为2（打开），抽料后真空计时器TM-1状态变为START，计时器开始计时。进入步序4。

步序4：计时器TM-1时间到达，状态为CTUP→氮气置换按钮启动调用氮气置换子程序，操作提示按钮%OG004的PV值变为NON，提示一次氮气置换开始，氮气置换标志按钮变为1，按钮标志字体变红。进入步序5。

步序5：氮气置换程序结束，按钮PV值复位→氮气置换标志按钮复位，压力维持按钮启动，压力维持子程序启动，升温和搅拌计时按钮启动，冷却按钮关闭，冷却子程序停止，加热按钮启动，子程序。进入步序6。

步序6：调用比较模块RL，第4、5、6比较组，当温度检测TC101W大于X℃，或者TC101W大于X℃且温度变化率DT大于X℃/S→加热按钮复位，加热子程序停止。进入步序7。

步序7：调用比较模块RL，第4比较组，当温度检测TC101W大于X℃→启动升温后搅拌计时按钮，TM-2计时器启动。进入步序8。

步序8：TM-2计时器时间到达，TM-2计时器状态为CTUP→升温计时按钮PV值置为0，升温标志位按钮PV值置为1，字体变红。进入步序9。

步序9：无条件→加热按钮启动，加热子程序启动。进入步序10。

步序10：温度检测TC101W大于X℃→加热按钮复位，加热子程序停止。进入步序11。

步序11：温度检测TC101W小于X℃，大于Y℃→升温标志位复位，温度控制模块开关开启，温度控制子程序开启。进入步序12。

步序12：高位槽程序滴加标志位按钮开启→滴加接受标志位按钮开启，操作提示%OG0047激活，滴加开始操作提示显示一次。滴加气动阀状态变为AUT，CSV状态变为2（打开）。进入步序13。

步序13：滴加接受标志位按钮复位（高位槽滴加过程结束）→滴加气动阀状态变为AUT，CSV状态变为0（关闭）。滴加后反应计时器TM-3启动，进入步序14。

步序14：滴加后反应计时器TM-3时间到，状态为CTUP→温度控制模块开关关闭，滴加接受标志位开关关闭，熟化搅拌标志位开关打开，熟化搅拌计时子程序启动，进入步序15。

步序15：熟化子程序结束，熟化开关关闭→熟化搅拌标志开关关闭，冷却标志位开启，冷却操作提示激活一次，冷却开关打开，冷却子程序启动，压力维持开关关闭，压力维持子程序，进入步序16。

步序16：温度检测TC101W小于X℃→冷却开关关闭，冷却子程序关闭，冷却标志位开关关闭，冷却结束操作提示激活一次，移液排出标志位开关开启，进入步序17。

步序17：移液排出开关打开→进入步序18。

步序18：比较模块RL的第16比较组调用，反应釜压力变送器PI104W监测值高于X kPa→进入步序19。

步序19：比较模块RL的第16比较组调用，反应釜压力变送器PI104W监测值低于X kPa或者结束移液开关打开→结束移液开关关闭，移液排出结束操作提示激活一次，进入步序20。

步序20：无条件→移液排出标志位开关关闭复位，移液排出按钮关闭复位，进入步序1。等待下一次程序开启。至此主控程序逻辑全部结束。

3.3 使用效果

程序编辑后通过模拟调试，水试和实验性生产。目前已经投入应用，使用效果很好。在满足全部工艺要求的前提下，大大的降低了操作人员的操作压力。反应釜和高位槽从抽取原材料到，完成生产仅仅需要7次确认性操作。分别是高位槽抽料开启，抽料结束，滴加开始，反应釜自控程序启动，抽料结束，移液开始，移液结束。

经过一段时间的使用，自动化改进比较成功，产品生产过程控制的品质明显上升，产品质量得到了有效的保障。