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卖⑤(元/手)万吨级炭黑生产线控制系统的应用研究
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万吨级炭黑生产线控制系统的应用研究
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3秒自动关闭窗口一、&炭黑干燥、包装岗位操作规程
（一）&开车前的准备工作
1、&干燥、包装岗位职责范围内的全部管线设备检查、确认。检查确认干燥岗位全部设备已具备运行条件，开车前操作人员应穿戴好劳动保护用品，准备好备品备件，对本岗位范围内的所有设备、管线、阀门、仪表及公用工程进行检查，如发现问题应报告班长或值班人员及时处理。具体准备工作如下：
（1）&检查回转干燥机（M2403）、不合格品罐气密阀（M2501）、筛选机（M2502）、磁选机（M2504）、尾气炉供风机（C2401）、再处理风机（C2503）、包装吸尘风机（C2502）、包装工艺风机（C2503）、湿过程提升机（L2501）、湿法输送螺旋（L2502），贮存提升机（L2502）产品分配螺旋（L2504A、B）、不合格品贮罐输送器（L2502）、包装机（W2501A、B）各转动设备的润滑油情况。包装机（W2501A、B）具备运行条件；
（2）&检查各蒸汽管线的冷凝水阀门打开；
（3）&检查成品罐（V2502A、B）和不合格品罐（V2501）的料位，确定炭黑走向，并通知包装人员，关好相应下料口蝶阀；
（4）&准备好尾气炉煤气枪；
（5）&通知中控室，关闭FV-2201，全开HV-2222；
（6）&打开L2501、L2503、L2504A、B、M2502的吸尘口蝶阀。
2、&干燥、包装岗位生产过程所需备品备件准备工作；备用金属软管、喷嘴、包装袋、橡胶管、扳手、管钳、劳动保护、消防以及安全防护用品等均已准备就绪到位。
3、&检查确认干燥、包装岗位生产用煤气、冷却水、压缩空气、蒸汽等达到工艺要求。如果任何一项未达到工艺要求，应报告当班班长或值班人员预以解决。
（二）&开车顺序
1、&接到值班班长或中控室人员的开车通知后，根据预先确定的炭黑走向，按从后往前的启动顺序，顺次启动L2504A或B、M2504、L2503、L2502、L2501，各设备启动后挂包装系统电气联锁。至此，成品输送包装部分正式进入工作状态，可以接受造粒、干燥工序送来的半成品。
注：若因工艺需要开车时三通阀（M2505）开始阀位是使炭黑进入不合格品储罐（V2501），则当产品已确认合格后及时使手动三通阀改变走向，使产品导向筛选机（M2502），使其最后进入指定成品罐。
2、&启动回转干燥机M2403。
3、&关闭C2401入口蝶阀，启动C2401，打开放空蝶阀，根据风机出口压力逐步打开C2401入口蝶阀，关闭放空蝶阀。
4、&接到值班班长或中控室人员的烘炉指令后（尾气炉烘炉基本上与反应炉同时进行），打开入炉空气蝶阀（一般用HV-2203），通知中控室打开FV-2203，调整FlC-Nm3/h, 并用空气吹净炉子5分钟以上。
5、&关闭FV-2203，将HV-2203控制在300 Nm3/h左右，点燃煤气枪烘炉，根据升温曲线调整FlC-2202和HV-2203，保持燃烧状况良好（注意：尾气炉点火应严格按照岗位注意事项及规程进行，防止不安全事故发生）。
6、&加大煤气量和风量，逐步将TlA-2207升至℃。
7、&打开尾气管的排污阀排污。在启动操作回路30分钟（尾气中氧含量小于2%），FV-2201阀的排污阀排出尾气5分钟后将尾气炉由煤气切换成尾气。通知中控室先打开FV-2203，并逐渐减少煤气入炉量，根据炉温的稳定情况最终切断煤气，现场关闭煤气用空气阀HV-2203，通知中控室将FlC-2203调到1000 Nm3/h，达到要求后再通知中控室将尾气量FlC-2201调到约1800 Nm3/h，观察燃烧稳定后，通知中控室投燃烧比值调节系统，执行工艺卡参数。
8、&挂尾气燃烧炉停炉联锁。
9、&按照岗位职责，注意事项进行岗位巡检和台帐记录。
（三）&停车顺序
1、&接到停车通知后，通知中控室解除FlC-2203同FlC-2201的数学模型，按岗位注意事项及规程将尾气炉由烧尾气切换为煤气。切换时，先将尾气量，再加煤气。切换完后通知中控室。
2、&V2501中的炭黑处理完后，全开HV-2222；关C2402入口阀，停C2402；适当降低TlA-2207温度（火焰不灭），保证TlA-2200的温度不大于250℃，约30分钟后停尾气燃烧炉，关闭煤气入炉手阀，停C2401。
3、&当M2403出口无炭黑，并确定炭黑已输送完毕，顺次停L2501、M2502、L2503、M2504、L2504A或B（也可连锁停这几台设备）。
4、&M2403的温度TlA-2200到常温后，停M2403，关HV-2222。并按M2403安全规程防止M2403变形。
（四）&不合格品处理
1、&由于刚刚开车或其它原因出现部分不合格产品，这些炭黑暂存不合格品储罐（V2501）。
2、&在再处理袋滤器（V2304）正常工作条件下启动再处理风机（C2501）。
3、&适当打开不合格品罐螺旋输送器（L2505）、不合格品罐气密阀（M2501）下部的DN150手阀和DN200蝶阀，以补充用来输送的空气。一般下料螺旋输送器、气密阀工作半小时，停一小时，间歇式工作。
4、&启动不合格品罐螺旋输送机（L2505）、不合格品罐气密阀（M2501）后应注意以下几点：
（1）&含杂质的不合格品不得依上述程序处理；
（2）&当通过再处理风机（C2501）将不合格品送回至再处理袋滤器时，必须确保它不至于影响正在生产的产品质量；
（3）&不合格品的上述处理一般要通过车间领导批准后方可进行；
（4）&不合格品的处理包括来自系统外的炭黑通过回收漏斗（V2503）及回收漏斗气密阀（M2503）依上述同样方式返回再处理袋滤器；
（5）&根据情况也可不启动不合格品罐螺旋输送机（L2505），直接启动再处理风机（C0501）风机及补气阀。
（五）&产品包装
本装置所设计的产品包装系20kg/袋的袖口包装，工作程序如下：
1、&确定待包装产品已停放36小时以上，其物料温度&70℃，接好下料连接管及吸尘管。
2、&确定待包装产品牌号与包装印刷号一致。
3、&检查包装工艺风机（C2502）前后有关蝶阀，按要求启动该风机（详见离心风机操作规程）。
4、&检查包装工艺风机（C2503）前后有关阀门，按要求启动该风机（详见罗茨风机操作规程）。
5、&按要求启动包装机（W2501A、B）（详见包装机操作规程）。
6、&打开成品储罐底部下料蝶阀，开始下料。
7、&对产品进行包装。
（六）&其它
1、&在尾气炉烘炉和煤气、尾气切换时一定要小心火焰被吹灭，如果火焰熄火，要切断入炉燃料，开大风量（3500 Nm3/h左右）吹5分钟以上才能重新点火。
2、&时刻注意尾气炉燃烧状况和TlA-2207的温度，保证正常工作状况时TlA-℃以上。
（七）&岗位注意事项
1、&尾气燃烧炉要在反应炉升温的同时进行升温。
2、&尾气燃烧炉升温时，先启动干燥机，在将FlC-2222调整为3500Nm3/h左右，以大量的空气吹净发报燃烧炉和干燥机火箱内的一切可燃物质，吹净时间不少于5分钟，吹净前，控制室将HV-2222全开。吹净后，通知中控室将FlC-2203控制在300Nm3/h左右，此时的风应主要通过煤气配风管进入炉内。
3、&尾气炉烘炉初期煤气枪点燃后，插入炉内，观察炉内燃烧情况，如果没有点燃应立即切断煤气，将煤气枪拔出，并将FlC-2203控制为3500Nm3/h重新吹净炉子后，并两次将FlC-2203调整为300Nm3/h后，方可重新点火。切记严禁在未点燃的情况下，马上重新点火并插入炉内，这样容易引起爆炸。如此反复这样几次都未点燃，应考虑：
（1）&风量是否合适；
（2）&烟囱抽力是否过大；
（3）&煤气枪插入位置是否合适；
（4）&煤气量是否太小。
4、&煤气点燃后，应定时观察炉子的燃烧情况，如果熄火应严格按第3条执行。煤气燃烧稳定后，干燥岗位人员应按尾气燃烧升温曲线逐步加大煤气量和空气量，在每次调整煤气和空气量时，都要结合观察炉内燃烧情况来调整，煤气燃烧效果可通过观察炉内火焰颜色和烟囱放空烟气颜色来判断。如火焰暗红，烟气是黑色则说明燃烧不完全，一般应加大空气量（FlC-2203）或减少煤气量；反之，如果火焰呈红色并发亮，烟气是白色，则说明燃烧良好。
5、&一般应用煤气将尾气燃烧炉升温至900℃（TlA-2207）以上方可投入尾气。
6、&干燥岗位人员必须随时观察燃烧情况，定时与中控室进行核实。如果发现在升温期间，TlA-2207在下降，则马上进行处理。有可能是
（1）&尾气燃烧熄火；
（2）&风/气比不合适；
（3）&仪表问题。
对第一种可能，请按点火程序，即第2和第3条处理；对第二种情况，请按第4条处理；对第三种情况请通知仪表维修人员进行处理。
7、&为了保证干燥机不因尾气燃烧炉烘炉而变形，干燥机必须在尾气燃烧炉烘炉前启动起来。
8、&待湿法岗位造粒正常后，尾气燃烧炉应切换到尾气燃烧，切换前，将FlC-220上游的放净手阀打开，以排净尾气管中冷凝水，置换尾气。待5min后关闭手阀，切断煤气。FlC-2203保持在1000Nm3/h左右，并通知中控室，慢慢开启FV-2201阀门，送入约1800Nm3/h尾气，干燥岗位人员必须观察炉内燃烧情况。并与中控室保持联系，当确信尾气已被点燃后，同志挂尾气/空气燃烧值，执行工艺卡要求的量。尾气燃烧正常后，挂上尾气燃烧炉停炉联锁。
9、&如果尾气未被点燃，应立即切断尾气（即关闭FV-2201）并分析原因，有可能是
（1）&炉温太低；
（2）&仪表问题。
对第一种情况应再次核实Tl-2207和Tl-2207A温度，如果确实，应增加入炉煤气量以及空气量，将Tl-2207温度升至900℃以上。如果是第二种情况，应通知仪表维修人员，严禁在熄火状态下和Tl-2207温度不到900℃情况下切换尾气。否则，有爆炸危险。
10、&如果炉前岗位因其他原因要停操作回路，必须首先通知干燥岗位预先将尾气切换成尾气后，才可停操作回路。切换时，首先通知中控室解除尾气燃烧炉停炉联锁，再将HV-2203适当打开，然后通知中控室打开FlC-2202及入炉手阀将煤气点燃，逐步关闭FV-2201和FV-2203，同时将HV-2203开度加大，观察煤气燃烧情况。最后全部切断尾气（关闭FV-2201），切认煤气正常稳定燃烧。
11、&干燥岗位人员要定时与中控室联系，询问Tl-2213温度。此温度太低，可能是下料管有堵塞，应用木锤敲击下料管。当用手摸到下料管发烫时，即证明炭黑已经在下料。
12、&检查筛选机（M2502）是否堵料，防止细网被炭黑堵死。定期检查筛选机（M2502）筛网是否有破顺，以便及时更换。
13、&不合格品炭黑回流处理只有当生产正常时才能进行，回流前，先启动C2501，然后启动不合格罐下料螺旋输送机和不合格罐气密阀M2501，并将转速调至适当转速，回流炭黑量要以不影响质量为原则，一般开半个小时停一个小时，也可直接开C2501。
14、&尾气燃烧炉的正常停炉，应先将尾气切换成煤气，确定煤气已燃烧后，才切断尾气。待系统中的炭黑处理完毕止造粒后，再逐渐减少煤气和空气量（FlC-2203），直到最后切断煤气和风，此时，方可停止C2401，但干燥机一直不能停，直到干燥机内腔温度（TlA-2200）降为常温时方可停止干燥机运转。
15、&由于温湿法岗位造粒效果不好或干燥岗位温度控制不好，有可能造成炭黑水分不合格，这样的炭黑可能堵塞后部下料管，因此，干燥岗位人员要加强巡查，定时检查炭黑后部输送设备，检查方法是摸、听、看、敲。摸是用手摸下料处。如果是凉的，说明管道或设备已堵死；听是听管道中的流动声音；看是直接打开设备人孔或检查孔看；敲是用木锤敲打管道发出的声音，听是空响还是实响，空响说明管子未堵，反之则是堵了。
在包装工进行包装前，应按要求启动包装吸尘机（C2502），将包装时的炭黑细粉吸走，避免包装厂房被炭黑污染。
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特种设备网 备案/许可证编号：苏ICP备新工艺炭黑生产装置自动控制系统设计
　　1主要控制回路的设置及仪表选型
　　1.1反应部分
　　在炭黑生产的反应部分，进反应炉的燃烧空气、燃料油、原料油及添加剂的流量、压力等都有自动控制。这里介绍几个重要的控制回路。
　　1.1.1反应炉燃烧空气流量调节
　　准确测量空气量是这个调节回路的关键点。通过孔板测得的流量还要进行温压补偿，同时，还需要引入空气湿度值（露点）。再由DCS进行计算，从而得出准确的空气量，并以此为依据，来控制空气进空气预热器的流量。由于这里的管道口径较大，所以，控制阀选用气动调节蝶阀。
　　1.1.2进反应炉原料油流量调节
　　由于原料油温度较高（280℃），故需采用高温型质量流量计，以获得准确流量值，确保调节信号的精准，达到流量稳定的目的。
　　1.1.3添加剂流量调节
　　由于添加剂的流量很小，且精度要求高，所以，采用质量流量计。控制阀为小口径气动调节阀，过去是靠进口，现在国内也有生产，使用效果尚可！
　　1.1.4反应炉急冷温度调节
　　新工艺炭黑的最大特点，是采用双高温技术，即入炉燃烧空气高温（800℃），入炉原料油高温（280℃），而炉内的最高温度达1900℃以上，一急冷后为1050℃，对此点温度的调节关乎产品的品质，所以温度的准确测量与给水量的准确控制是关键。
　　1.2收集部分
　　收集部分主要控制对象是主袋滤器、排气袋滤器和再处理袋滤器。
　　1.2.1主袋滤器及排气袋滤器尾气出口反吹阀门顺控
　　主袋滤器和排气袋滤器各箱体都需要定时轮流吹扫。轮流定时关闭各箱体之一的出口蝶阀，打开反吹蝶阀，吹扫一定时间后，关闭反吹风阀，打开出口蝶阀。接着，再进行下一个箱体的吹扫，其时间间隔可用DCS设定。反吹时间一般为20～30s，几个主袋滤器箱体中，总有且只有一个在反吹，由DCS安排轮换的次序。在DCS画面上可用颜色显示阀门的开闭状态。
　　1.2.2再处理袋滤器阀门反吹脉冲控制
　　它是由设置在造粒厂房控制室内的脉冲控制仪来完成的。另外，主、排袋滤器各箱体袋子的压降情况，可通过差压变送器测得，DCS将根据差压值的变化，调整反吹的时长，当差压值过大时，更换过滤袋子。为防止引压管堵塞，测量管线应考虑加装吹扫装置。
　　1.3造粒干燥部分
　　湿法造粒干燥控制系统，是由诸多调节回路组成的调节系统。
　　1.3.1复杂调节回路
　　(1）粘合剂流量和造粒水流量组成双闭环比值控制系统，以水流量为主回路，粘合剂流量为副回路。(2）造粒水流量和造粒机功率组成串级调节系统，以造粒机功率为主参数，造粒水流量为副参数。(3）尾气燃烧器的尾气流量和燃烧空气组成双闭环比值调节系统，以尾气流量为主回路，空气流量为副回路。(4）尾气流量和造粒水组成双闭环变比值控制系统。
　　1.3.2其他主要监控回路
　　(1）造粒机温度自动调节：通过调节加热蒸汽的流量来实现。(2）尾气粉尘浓度检测：考虑到要满足环保的要求，近几年，在炭黑设计中，已增设了对脉冲袋滤器出口管的放空尾气，进行粉尘含量监测的仪表，即气体粉尘检测仪。需要注意的是，该仪表在使用时，应考虑配置吹扫装置。
　　1.4包装部分
　　包装部分的监控，主要是炭黑贮罐的料位超限检测，包括不合格品贮罐和产品贮罐。当料位超高时，DCS将有声光报警。该料位开关选用射频导纳式或电极式料位开关均可。新工艺炭黑装置的仪表均为隔爆型或本安型。其远传温度计，多为热电偶(K或B)，控制阀中，口径&150mm的，选用Globe气动调节阀，口径＞150mm的，选用三偏心气动蝶阀。
　　2主要的报警、联锁
　　2.1主要的报警设置
　　仅在反应部分就有多个报警对象。
　　2.2主要的联锁设置
　　一急冷温度超高联锁停车（如温度大于1010℃时）。空气预热器出口烟气温度超高联锁停车（如温度大于710℃时）。当尾气加压风机(GB301)停机时，联锁打开主袋滤器放空蝶阀（FV-1131）。作为最重要设备之一的主供风机，其振动、轴温、电机电流及故障等信号，也都是紧急停车的依据。
　　3控制系统的选择
　　如今，选择DCS作为生产装置的控制系统已很普遍，只是DCS与现场仪表间的信号传输方式有所不同。&传统方式&是每台仪表与DCS系统，都有单独连线，信号为4～20mADC、1～5VDC、脉冲频率等，信号通过DCS电缆，由现场仪表直接进出DCS的I/O卡。另一种方式是采用现场总线来进行现场仪表与DCS间的信号传输。以PROFIBUS总线为例，其信号为PA、DP,信号不能由现场仪表直接接DCS,而是中间还需设置PA/PA接线盒、DP/PACOUPLER耦合器（见图1）或在现场加装ET200信号转换单元。可见，&传统方式&的信号传输结构简单明了，接线简单，只是电缆用量较大。而&现场总线方式&的信号传输结构较复杂，现场接线及调试的工作量较大，但电缆（总线专用电缆）用量很少。就总体投资来说，&现场总线方式&的资金投入更大。所以，当监控点较多（如大于2000点）且现场仪表分散时，&现场总线方式&有优势，若反之，还是&传统方式&更好！我们认为，对于中等规模的炭黑装置来说，更适合采用&传统方式&。
　　4几点需要注意的问题
　　一急冷后烟气温度TICAS-1104与TIAS-1104A的热电偶插入深度应短些，一般为入反应炉内壁200～300mm为宜。在开车时，反应炉烤炉的前几天用TE-1114(分度号K)（470℃），后几天用TE-1114A(分度号B)（1800℃），入反应炉内壁10mm即可，主要是观察炉壁温度。由于尾气中含有H2O、H2、N2、CO、CO2、H2S等多种成分，而主袋滤器中的尾气是有可能泄漏出来，而使其附近有少量CO和H2存在，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》的规定，需要在主袋滤器附近，分别设置有毒气体探测器、可燃气体探测器。干燥机出口附近，由于温度较高，所以仪表电缆需采用耐高温型电缆。
　　自动控制系统的设计水平，是保证新工艺炭黑生产长期平稳可靠运行，产品质量达标创优的关键，只有不断提高自控设计水平，才能满足生产工艺不断创新的要求。只有以先进的控制方案以及合理的仪表选型进行设计，辅以正确的现场施工，才能使建成一条经济、高效、节能环保且产品品质一流的新工艺炭黑生产线成为可能！
　　作者：王勤 单位：天津市化工设计院
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