车间自动化详解.doc

4.9 仪表、自控的安全设施和措施
一、生产控制方案
本生产装置介质具有高温、易燃、易爆、有毒等性质，故本生产装置的生产控制考虑采用就地监测、集中监测和集中控制相结合的基本原则。
1.本建设项目不涉及“较高危险反应工艺”，储罐区的甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐、环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐属于高危储罐，并且生产过程中涉及较多易燃、易爆、有毒物质，按照《关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见》（苏安监 [2009]109号）等关于高危储罐的要求，本设计采用自动化控制生产工艺。本项目整个生产过程对温度、压力、液位、流量等均采用DCS自动控制，达到均匀、稳定生产的目的，以确保生产的安全性。
2.根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三[2011]95号）、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》（安监总管三[2013]12号）可知，本建设项目使用的危险化学品甲苯、甲醇为重点监管的危险化学品。按照《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三[2011]95号）以及《关于加强危险化学品“两重点一重大”安全监管工作的通知》（连安监[2012]90号）等规定，重点监管的危险化学品的生产、储存装置必须设计自动控制措施。本设计采用自动化控制。对重要的温度、压力、液位、流量等采用自动控制，达到均匀、稳定生产的目的，以确保生产的安全性。
3.除就地安装的温度计、压力表、液位计以外，其他就地安装的仪表均为电气仪表，控制阀为电动型或者气动型。
4.控制室选用当前较先进的集散型控制设备，对生产装置进行集中操作，并设有信号报警和紧急切断等措施以保证装置正常运行。
5.爆炸危险区域等级划分为2区防爆的现场电器、仪表选用隔爆型的，隔爆等级为dⅡBT4。
二、自控设计方案
（一）高危储罐的自动化控制措施
按照《关于规范化工企业自动控制技术改造工作的意见》（苏安监[2009]109号）关于高危储罐的要求：涉及剧毒、易燃、易爆化学品的储罐区、库区；构成重大危险源的液化气体、剧毒液体等重点储罐必须设计自动控制措施。本建设项目中甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐、环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐属于高危储罐。
1.对应的主要设备：甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐
重点监控工艺参数：储罐温度、液位
将甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐液位与输送泵电机、进口管线自动切断阀形成联锁关系。
在储罐区的甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐设置液位高、低限报警，将甲苯储罐、甲醇储罐、叔丁醇储罐、DMF储罐、叔丁醇钾叔丁醇溶液储罐、贲亭酸甲酯储罐液位与输送泵电机、进口管线自动切断阀形成联锁关系。当液位达到高限报警时，将信号传递给输送泵电机电流、进口管线自动切断阀，电流停止，输送泵电机停止运转，输送泵停止送料，自动切断阀关闭。同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
在储罐的进、出口管线上设紧急切断阀，用来紧急切断。同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
2.对应的主要设备：环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐
重点监控工艺参数：储罐温度、液位
将环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐液位与输送泵电机、进口管线自动切断阀形成联锁关系。
在储罐区的环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐设置液位高、低限报警，将环化回收DMF储罐、回收甲醇储罐、含水甲醇储罐、环化回收叔丁醇储罐、加成回收叔丁醇储罐、一次精制母液（含甲苯）储罐、含水甲苯储罐、回收无水甲苯储罐液位与输送泵电机、进口管线自动切断阀形成联锁关系。当液位达到高限报警时，将信号传递给输送泵电机电流、进口管线自动切断阀，电流停止，输送泵电机停止运转，输送泵停止送料，自动切断阀关闭。同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
在储罐的进、出口管线上设紧急切断阀，用来紧急切断。同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
（二）重点监管的危险化学品的自动化控制措施
根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三[2011]95号）、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》（安监总管三[2013]12号）可知，本建设项目使用的危险化学品甲苯、甲醇为重点监管的危险化学品。按照《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三[2011]95号）以及《关于加强危险化学品“两重点一重大”安全监管工作的通知》（连安监[2012]90号）等规定，重点监管的危险化学品的生产、储存装置必须设计自动控制措施。本设计采用自动化控制。对重要的温度、压力、液位、流量等采用自动控制，达到均匀、稳定生产的目的，以确保生产的安全性。
1.甲醇对应的主要设备：皂化釜（R1601A～E）、甲醇接收罐（V1605AB）；
酯化甲醇蒸馏釜（R1903）、甲醇接收罐（V1919）
以皂化釜为例，将自控措施描述如下，其余釜的自控方案同皂化釜。
重点监控工艺参数：皂化釜温度、搅拌电流、液位、冷凝器的甲醇出料流量，甲醇接收罐液位
将皂化釜温度与蒸汽进汽管自动切断阀形成联锁关系。当皂化釜温度超过高限值时，温度传输信号给蒸汽进汽管自动切断阀，自动切断蒸汽进汽。
将皂化釜搅拌电流与蒸汽进汽管自动切断阀形成联锁关系。当皂化釜搅拌出现异常时，搅拌电流传输信号给蒸汽进汽管自动切断阀，自动切断蒸汽进汽。
将冷凝器的甲醇出料流量与蒸汽进汽管自动切断阀形成联锁关系。当冷凝器的甲醇出料流量超过一定值时，流量传输信号给蒸汽进汽管自动切断阀，自动切断蒸汽进汽。
将甲醇接收罐液位与甲醇进料管自动切断阀、出料管自动切断阀、甲醇输送泵形成联锁关系。当甲醇接收罐液位超过高限值时，液位传输信号给甲醇进料管自动切断阀、出料管自动切断阀，关闭进料阀、开启（或者开大）出料阀，同时，自动打开输送泵，甲醇出料。
同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
2.甲苯对应的主要设备：甲苯蒸馏釜（R1702）、甲苯接收罐（V1708、V1709）
重点监控工艺参数：甲苯蒸馏釜温度、搅拌电流、液位、冷凝器的甲苯出料流量，甲苯接收罐液位
将甲苯蒸馏釜温度与蒸汽进汽阀、循环冷却水进水阀联锁，采用负压蒸馏。当甲苯蒸馏釜温度超过高限值时，温度传输信号给蒸汽进汽阀、循环冷却水进水阀，蒸汽进汽阀关闭，开启循环冷却水进水阀，调节温度。
将甲苯蒸馏釜搅拌电流与蒸汽进汽管自动切断阀形成联锁关系。当甲苯蒸馏釜搅拌出现异常时，搅拌电流传输信号给蒸汽进汽管自动切断阀，自动切断蒸汽进汽。
将冷凝器的甲苯出料流量与蒸汽进汽管自动切断阀形成联锁关系。当冷凝器的甲苯出料流量超过一定值时，流量传输信号给蒸汽进汽管自动切断阀，自动切断蒸汽进汽。
将甲苯接收罐液位与甲苯进料管自动切断阀、出料管自动切断阀、甲苯输送泵形成联锁关系。当甲苯接收罐液位超过高限值时，液位传输信号给甲苯进料管自动切断阀、出料管自动切断阀，关闭进料阀、开启（或者开大）出料阀，同时，自动打开输送泵，甲苯出料。
同时，报警器发出声光报警，提示操作人员注意。
（三）其他工序自动化控制措施
按照安监总管[2009]116号、安监总管三[2013]3号、苏安监[2008]37号、苏安监[2008]126号、苏安监[2008]209号、苏安监 [2009]109号等相关规定要求，本建设项目不涉及“较高危险反应工艺”，但本建设项目采用DCS自控系统，从生产流程上可分为四个工序，分别为加成工序、环化工序、皂化酸化工序和精制工序等，其基本工艺和自动化控制简述如下：
1.加成工序的自动化控制主要包括加成反应、加成脱溶
（1）加成反应监控工艺参数：主要控制点是压力、温度、搅拌电流；对应的主要设备：加成反应釜（R1001A～F）
①加料采用流量计与输料泵电机的变频器组成联锁控制装置，实现程序化定值、准确控制。②温度调节：加成反应釜温度与蒸汽进汽阀、循环冷却水进水阀联锁。反应开始前先通蒸汽加热到65℃时开始反应，温度传输信号给蒸汽自动切断阀，停止蒸汽进汽。温度由反应热提供继续升高，当超过温度94℃时，传输信号给循环冷却水自动控制阀，开循环冷却水进水，保持温度在100℃之内，保温6小时。②压力调节：加成反应釜正常反应压力控制在0.3MPa（充入氮气），设置安全阀、爆破片，当反应压力达到安全阀设定压力0.35MPa时，安全阀起跳；当安全阀没有起跳，压力继续升高，达到0.4MPa时，爆破片爆破，保证反应釜压力在安全范围之内。安全阀和爆破片出口设置应急罐。
（2）加成脱溶：主要脱除1，1，1-三氟三氯乙烷、水、叔丁醇、贲酯等物料。监控工艺参数：温度、流量、液位、搅拌电流，接收罐液位；对应的主要设备：加成脱水釜（R1002ABCD）、叔丁醇分离塔（T1101）、贲酯分离塔（T1201）、叔丁醇接收罐（V1103AB）、贲酯接收罐（V1203AB）
①脱除1，1，1-三氟三氯乙烷：通过干燥罐的分子筛脱除，利用空气加热和冷却来吸收和解吸脱除1，1，1-三氟三氯乙烷。主要自控点为空气和待脱物料的进料配比，通过调节阀来操作。②脱除水：当脱除完1，1，1-三氟三氯乙烷以后，再通过分子筛脱除水分，控制方式同第①条。③脱除叔丁醇：利用分离塔分离出叔丁醇。检测回流分配器中叔丁醇的含量，当检测合格时，通过回流分配器液位调节回流出料泵变频打开去往叔丁醇接收罐的阀门，开始接收叔丁醇；反之，当叔丁醇检测不合格时，通过回流分配器液位调节回流出料泵变频打开去往回精馏塔的阀门，返回物料继续精馏。④脱除贲酯：利用分离塔分离出贲酯。控制方式同③条。
2.环化工序的自动化控制主要包括环化反应、环化脱溶
（1）环化反应监控工艺参数：主要控制点是温度、液位。监控工艺参数：温度、液位；对应的主要设备：环化反应釜（R1301）、冷却器（E1301、E1302、E1303、E1304、E1305）
①物料配比：加料采用流量计与流量调节阀组成联锁控制装置，实现程序化定值、准确控制。严格控制DMF与加成物、DMF与叔丁醇钾的溶剂配比，严格控制加成物与叔丁醇钾的配比，同时，由于反应剧烈，要控制反应后回流流量与进料流量的配比16：1，使反应热量能及时移出。②温度调节：DMF与叔丁醇钾混合后温度-5℃，DMF与加成物混合后温度-18℃，反应后回流物料温度-18℃。通过冷却后物料温度与冷却器的低温水/冷冻盐水的进水阀进行自动调节。
（2）环化脱溶：主要脱除叔丁醇、DMF等物料。监控工艺参数：温度、流量、液位，接收罐液位；对应的主要设备：旋转薄膜蒸发器（T1401AB、T1402AB）、叔丁醇脱除塔（T1501）、DMF脱除塔（T1502）、叔丁醇接收罐（V1503）、DMF接收罐（V1506）
①旋转薄膜蒸发器：用于蒸出叔丁醇和DMF。薄膜蒸发器可以增加蒸发面积，更有利于叔丁醇和DMF溶剂与环化物的分离。主要控制接收罐的液位和出料泵的联锁装置，当接收罐的液位高于一定值时，打开出料泵，将接收罐的溶剂打到混合罐中，防止接收罐冒料。②脱除叔丁醇：利用叔丁醇脱除塔分离出叔丁醇。检测回流分配器中叔丁醇的含量，当检测合格时，通过回流分配器液位调节回流出料泵变频打开去往叔丁醇接收罐的阀门，开始接收叔丁醇；反之，当叔丁醇检测不合格时，通过回流分配器液位调节回流出料泵变频打开去往回精馏塔的阀门，返回物料继续精馏。③脱除DMF：利用精馏塔分离出DMF。控制方式同②条。
3.皂化工序的自动化控制主要包括皂化反应、皂化脱溶
（1）皂化反应监控工艺参数：主要控制点是温度、搅拌电流；对应的主要设备：皂化釜（R1601A～E）
①温度调节：皂化釜温度与蒸汽进汽阀、循环冷却水进水阀联锁。反应开始前先通蒸汽加热到90℃时开始反应，温度传输信号给蒸汽自动切断阀，停止蒸汽进汽。温度由反应热提供继续升高，当超过温度95℃时，传输信号给循环冷却水自动控制阀，开循环冷却水进水，保持温度在100℃之内。②氢氧化钾溶液滴加速度调节：氢氧化钾溶液利用泵由计量罐打到皂化釜里，氢氧化钾溶液管道伸到釜下部，溶液由环状管道上的喷射器向上喷淋，控制氢氧化钾溶液在一定时间内加完。③pH值调节：利用氢氧化钾溶液调节。通过滴加氢氧化钾溶液，保证皂化反应的pH值在一定值范围内。
（2）皂化脱溶：主要脱除甲醇物料。监控工艺参数：皂化釜温度、搅拌电流、液位、冷凝器的甲醇出料流量，甲醇接收罐液位；对应的主要设备：皂化釜（R1601A～E）、甲醇接收罐（V1605AB）
皂化脱除甲醇的自控方式同本节第（二）1条。
4.精制工序的自动化控制主要包括精制结晶、精制脱溶
（1）一次精制结晶：粗品先经过甲苯溶解，然后在一次运动结晶器结晶。一次精制冷却釜控制温度，一次运动结晶器主要控制点是温度、转速。监控工艺参数：温度、转速；对应的主要设备：一次精制运动结晶器（M1801ABCD）
①一次精制冷却釜温度与蒸汽/循环水联锁，温度传输信号给蒸汽/循环水阀，通过蒸汽/循环水阀调节温度，保持温度在75℃之内。②一次运动结晶器温度与冷冻盐水进水管调节阀形成联锁，温度传输信号给冷冻盐水进水管调节阀，通过冷冻盐水进水管调节阀调节温度，保持温度每小时降低5℃，降至55℃时结束结晶。同时，控制一次运动结晶器的转速，保证一定的转速，使结晶粒的粒度均匀一致。
（2）二次精制结晶的自控装置原理同一次精制结晶。监控工艺参数：温度、转速；对应的主要设备：二次精制运动结晶器（M1802AB）
（3）精制脱溶：主要脱除甲苯、甲醇物料。监控工艺参数：温度、流量、液位，接收罐液位；对应的主要设备：粗分塔（T2101）、脱水塔（T2102）、脱甲苯塔（T2103）、甲苯中间罐（V2107）
粗分塔脱除甲苯、甲醇的自控方式同加成脱溶的方式。
（四）在任何情况下可以手动关闭电动阀或者气动阀。
（五）通过以上自控安全设计，能够实现对高危工段的自控安全联锁控制，提高了现场操作人员的安全保障，及时报警可有效的避免经济损失；同时，提供可查询的生产操作历史数据，为生产操作，产品质量提供数据支持。
三、仪表选型
1.温度仪表：就地显示采用双金属温度计，集中显示选用镍铬-镍硅热电偶和铂热电阻。
2.压力测量、显示仪表：集中检测、监控的压力，远传信号采用电容式或者差压式变送器，受压元件在有腐蚀介质情况下，选用隔膜式压力表，隔膜材质为HC，显示仪表采用数字显示仪；就地显示压力表采用弹簧式压力表，显示方式为表盘式。
3.流量仪表：主要原料等集中控制、检测、监控的流量，液体流量检测计量采用电磁流量计，显示仪表采用数字显示仪；其他采用转子流量计或者孔板配差压变送器。就地检测、显示液体流量的建议采用转子流量计。
4.液位测量、显示仪表：一般腐蚀性介质，流动性差易结晶，难于测量的液位采用雷达液位计和差压液位计；流动性好便于测量的液位可采用玻璃管液位计或者浮球液位计；易燃、易爆、有毒、有害的液体液位的就地液位指示可采用磁翻板液位计、玻璃板液位计，但不建议采用玻璃管液位计。
5.压力、压差、物位等变送器选用电动智能型变送器。
6.调节阀：本期项目使用自动调节阀，可采用P系列单座调节阀。P系列单座调节阀采用顶导向结构，流道呈S流线型。具有结构紧凑、动作灵敏、压降损失小、阀容量大、流量特性精确、维护方便等优点，可用于较苛刻的工作条件。自动调节阀根据需要可采用电动或者气动调节阀；易燃、易爆场所要采用气动调节阀。
7.切断阀：本期项目使用自动切断阀和紧急切断阀，可采用O型软密封切断球阀，是一种旋转类调节阀，球形表面进行特殊硬化处理，使其表面平滑耐磨。具有结构精巧合理、流通能力大、允许压差高、密封性好、零件互换性强等优点，广泛用于化工行业物料的切断或开启，以达到生产过程按一定程序进行。切断阀根据需要可采用电动或者气动切断阀；易燃、易爆场所要采用气动切断阀。
8.本生产装置的报警和各种设备的运行监视，均在控制室的控制系统中实现，并设有信号报警和紧急切断等措施，以保证装置正常运行。
9.操作室和机房要求设空调，地面应考虑防静电措施等，仪表维修设施和维修人员由公司统一考虑。
10.车间内的装置及车间外为本车间服务的装置在爆炸危险区域的2区范围内，所有使用现场开关、电器、仪表均为隔爆型仪表，隔爆等级选用dⅡBT4。
四、控制系统
DCS控制系统又称为分散控制系统，分散型控制系统，集散控制系统。集散控制系统是由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分组成，具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、调试方便、运行安全可靠的特点。
分散型控制系统（DCS）是以微处理机为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。
DCS控制系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）、机柜、电源等组成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。
1.在自控系统、带控制点工艺流程图上，所有测量数据均实时动态显示；阀门开度以百分数表示；液位用色彩模拟液体在容器内的波动，形象逼真；物料用不同颜色顺其流向交替显示形成流动感，使画面更加生动。
2.在控制室安装有一体化控制机柜：数显控制仪、电源、中间继电器和端子排、UPS等装入机柜内，另外，可以根据需要实现外部声光报警功能和故障急停联锁复位等。通过对自动控制编程，自动控制对采集的数据进行相关处理，实现对电动阀或者气动阀和声光报警等设备的控制。另外，在现场电动阀或者气动阀处加旁通手动阀，当系统出现问题时仍可以通过人工手动切换工作使生产正常维持。
3.执行功能
（1）数据的收集和处理控制按流程特点及设备运转状况进行
（2）主要工艺流程的自动控制按照PID（比例-积分-微分）控制的原则用人工远控转接控制
（3）物料运输操作控制系统、泵、阀门及其他密封装置
4.数据操作
（1）生产过程信息反馈、生产事故等紧急状态报警显示
（2）系统运行数据显示、工作数据和系统判断结果
（3）打印过程数据并存档
五、具体自控设计应由有资质的单位另行设计。