自动化控制方案文例

桓台县鑫荣化工有限公司

自

控

方

案

淄博卡尔自动化工程有限公司

2011年12月

建设单位简介

桓台县鑫荣化工有限公司原为桓台县鑫荣化工厂，厂址位于淄博市桓台县唐山镇西马村南首。公司主要从事对危险废物的加工、处置，现建有一套危险废物处理装置、原料、产品储罐区和配套的消防、配电等公用设施。公司现有人员16人，公司设有专职安全员负责安全管理工作，原有生产装置已取得安全生产许可证，证书号（鲁）WH 安许证字[2008]030330号。该公司于2007年通过安全标准化三级验收。

表2.1 建设单位情况

建设项目简介

由于市场的需求量增加，同时对精馏设备、工艺改新，原有设备已不能满足需求，为此，该公司于2011年拟投资400万元在原有加工设备的基础上新增设备，改新工艺，对生产装置进行自动化生产改造。本次改造完成后，利用生产装置处理危险废物，年处理能力由原装置的8000t/a提升至54000t/a，其中年处理粗二氯丙烯能力为24000t，粗二氯乙烷能力20000t，偏二氯乙烯残液能力10000t，主

要产品和副产品有二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、稀料（主要成分：二氯丙烯、偏二氯乙烯、二氯丙烷）、高沸物溶剂（主要成分：三氯丙烷、氯苯、重油）、废渣。

本项目不在《产业结构调整指导目录(2005年本)》（中华人民共和国国家发展和改革委员会令[2005]第40号）淘汰类和限制类行列。本项目主要利用原有公用设施，新增蒸馏塔，罐区新增废渣和原料罐区（6个60m3废渣罐，3个60m3原料罐），产品储罐区（7个60m3产品储罐，其中二氯乙烷、三氯乙烷罐各1个、稀料罐3个，高沸物溶剂储罐1个，1个60m3偏二氯乙烯残液罐）。本项目新增精馏塔与原有4台精馏塔之间属于并列运行关系，并共同使用同一个罐区、公用工程。本项目投产后劳动定员30人，实行三班制。

精馏工艺

（1）粗二氯乙烷

开启蒸汽阀门，通入0.2MPa-0.5MPa蒸汽缓慢升温，控制塔釜温度，使塔顶温度控制在73-115℃，根据沸点的不同，将73-82℃的前馏分回收到稀料罐，将83-84℃的二氯乙烷回收倒产品罐，将113.5-114℃的三氯乙烷回收至另一产品罐，将114.1-125℃以上的高沸物溶剂回收至高沸物溶剂罐，当蒸馏釜温度升至150℃时关闭蒸汽阀门，停止加热，打开蒸馏釜底部的排水阀，将剩余的蒸汽排出，当釜温降至90℃时（约30分钟左右），打开排渣阀排渣，完毕后关闭排渣阀，重复下一釜蒸馏操作。

（2）粗二氯丙烯（次品）

将粗二氯丙烯用泵打入中和罐中，加入一定量的碱液中和，调节PH值7-8后，用泵打入蒸馏釜，通入0.2-0.5MPa蒸汽缓慢升温，根据塔釜的温度，将110℃以前的回收到稀料罐中，将110℃-120℃以上的高沸物回收到高沸物溶剂罐，当釜温升至150℃摄氏度时，关闭蒸汽阀门，停止加热，打开蒸馏釜底部的排水阀，将剩余的蒸汽排出，当釜温降至90℃时（约30分钟左右），打开排渣阀，排入废渣接收罐。

处理偏二氯乙稀残液与处理粗二氯丙烯工艺相同。

蒸馏工艺

原料粗二氯乙烷从原料储罐（Ｖ１０１\Ｖ１０２）经泵(Ｐ１０１\Ｐ１０２)打入高位槽（Ｖ２０２Ａ）,然后开启电动阀（XV201a-d)放入蒸馏釜中（同时开启V201罐上相应的阀门通过流量计加入一定量的液碱在管线中进行中和）。开启蒸汽阀门，向蒸馏釜夹套内通入0.2MPa-0.5MPa蒸汽缓慢升温，控制塔釜温度，使其不沸塔为宜，将粗蒸馏的溶剂通过接收槽（V204A-D）放入脱水槽（V211），脱水后用泵（P203）打入高位槽(V202B)备用精馏。当蒸馏釜温度升至150℃时关闭蒸汽阀门，停止加热，打开蒸馏釜夹套底部的排水阀，将剩余的蒸汽排出，当釜温降至90℃时（约30分钟左右），打开排渣阀排渣，通过泵（P204）打入废渣罐（⑧-⒀）完毕后关闭排渣阀，重复下一釜蒸馏操作。

精馏工艺

开启电动阀（SV02）把高位槽（Ｖ２０２Ｂ）的溶剂放入精馏釜

中（R202A/B）。开启蒸汽阀门，向精馏釜夹套内通入0.2MPa-0.5MPa 蒸汽缓慢升温，控制塔釜温度，使塔顶温度控制在73-115℃，根据沸点的不同，将73-82℃的前馏分回收到（V205A/B）稀料接受罐，将83-84℃的二氯乙烷回收到（V206A/B）接受罐，将113.5-114℃的三氯乙烷回收至（V207A/B）接受罐，将114.1-125℃以上的高沸物溶剂回收至（V205A/B）接受罐（与稀料接收管共用），当蒸馏釜温度升至150℃时关闭蒸汽阀门，停止加热，打开蒸馏釜夹套底部的排水阀，将剩余的蒸汽排出，当釜温降至90℃时（约30分钟左右），打开排渣阀排渣，通过泵（P204）打入废渣罐（⑧-⒀）完毕后关闭排渣阀，重复下一釜蒸馏操作。

处理偏二氯乙稀残液与处理粗二氯丙烯工艺与处理粗二氯乙烷相同，只改变参数。

危险、有害因素的辨识结果及依据说明

项目主要危险、有害物质理化性能指标

本项目在生产过程中涉及的主要危险化学品有：1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、三氯乙烯、氢氧化钠、液氨、氯化氢、盐酸、稀料（二氯丙烯、1,1-二氯乙烯、二氯丙烷）、高沸物溶剂（主要成分：三氯丙烷、氯苯、重油）等，其他物质还有：废渣、活性炭。

依据《易制毒化学品管理条例》（中华人民共和国国务院令[2005]第445号），本项目使用的原料盐酸为第三类非药品类易制毒化学品。

依据《中华人民共和国监控化学品管理条例》（中华人民共和国国务院令[1995]第190号）、《剧毒化学品名录》（2002年本）及《剧

毒化学品名录（2002年本）补充和修正表》，本项目不涉及监控化学品和剧毒化学品。

依据《化学品安全卫生综合信息系统》和建设单位提供的产品安全技术说明书，本项目涉及的危险化学品理化性质如下：

表3.1 项目涉及的危险化学品主要理化性质

主要危险有害因素分布

本建设项目涉及的主要物质为易燃、有毒、腐蚀性物质，依据《企业职工伤亡事故分类》（GB6441-1986），本项目存在的主要危险危害

因素有：火灾爆炸、中毒窒息、灼烫、触电、机械伤害、物体打击、高处坠落、坍塌、车辆伤害、淹溺、容器爆炸；其他危害因素还有：噪声、冻伤。

表3.4 装置主要危害因素分布表

在作业场所中的危害程度相对于其他已列明的危害因素较轻。

生产工艺装置自动化控制分析评价

本项目生产控制采用DCS控制系统，蒸馏工艺系统通过控制设置，可以单独工作，也可以同时工作。对罐区的各储罐加装液位计并设置上限预警、报警；现场加装泄漏气体检测报警；系统安全工艺控制参数主要有：原料中和罐、高位槽、蒸馏釜、储罐的液位；蒸馏釜内的温度。其主要控制措施有：

1）预处理

将原料液在中和釜中进行中和处理后，通过打料泵打入高位槽。

高位槽液位低于工作下限开启打料泵，高于工作上限关闭打料

泵。

2）蒸馏

（1）原料高位槽液经电动阀进入蒸馏釜，达到液位上限值时，电动阀自动关闭，同时自动打开电动调节阀开始蒸汽加热。通过调节电动阀的开度，使蒸馏釜中温度保持在设定范围内。

（2）当蒸馏釜中温度超过极限时，关闭电动调节阀停止加热，并释压排空。

（3）釜馏份经冷凝器冷凝后进入二氯乙烷、三氯乙烷、稀料、高沸物溶剂成品槽。当二氯乙烷、三氯乙烷、稀料、高沸物溶剂授槽液位达到工作上限时，开启泵输送去成品储罐。

（4）当蒸馏釜残渣较多时关闭蒸汽调节阀停止蒸汽加热，开启阀门排去残渣废液去残液（废渣）授槽。

依据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三[2009]116号），本项目不涉及重点监管的工艺。按照《关于推进化工企业自动化控制及安全联锁技术改造工作的意见》（鲁安监发[2008]149号），本项目罐区危险度评分大于16分，罐区应采取自动化控制措施，本项目罐区储罐设置了高液位报警，设置可燃气体泄漏报警。生产装置设置了自动化控制措施，自动化控制基本能够满足要求。

自控系统方案

一、蒸馏釜处原料高位槽液位自动控制

在高位槽处安装液位传感器，使其液位信号实时传至自控系

统，与进料泵建立连锁启停关系，使槽内保持一定液位，而无需人工操作。

二、蒸馏釜自动控制

1、在高位槽与蒸馏釜之间输料管路上安装电气调节阀，釜部安装温度传感器与雷达传感器。

2、蒸馏釜控制的关键是连续生产，通过工控机操作界面设定连续生产的时间、釜内温度以及进料调节阀的开启大小，当达到设定的时间时停止进料，抽真空后进行排料。

3、温度控制

在生产过程中通过自动控制使釜内温度保持于设定温度，并通过上位机设定温度上限，一旦温度超上限立即关闭蒸汽与进料阀并报警。

4、液位控制

通过上位机设定上限值，一旦液位超上限立即停止进料，并报警。

5、液位传感器选用雷达式液位计，雷达液位计计量准确，工作可靠，不与测量介质直接接触，避免了测量介质易结晶的特性。

三、液碱进料控制

在液碱输送管路上安装流量计与调节阀，通过蒸馏釜进料的比例，在工控机设定调节阀开启大小，控制液碱进量，且通过工控机实时显示液碱流量。

四、粗成品接收槽控制

在粗成品接收槽安装磁翻板液位计，在其与高位槽之间安装切断阀，当任一接收槽液位升至设定液位时，打开其管路上的切断阀，开启精馏釜高位槽进料输送泵，输至精馏釜高位槽。五、精馏釜高位槽液位控制

同蒸馏釜高位槽。

六、精馏釜自动控制

操作人员按启动打开进料切断阀，当液位达至设定液位时停止进料，自动开启蒸汽调节阀，开始加温，通过自动调节使温度保持恒定。

釜内温度、液位、压力均实时显示于工控机运行画面，并设置报警值。

七、储罐区液位实时监控

所有储罐安装液位传感器，信号传至自控系统，经信号处理后通过工控机实时直观显示，并设定预警值，防止液位超限。

自控系统介绍

本套自控系统采用西门子s7-300系列plc与组态王6.53组态软件构成，上位机安装与组态王6.53,与STEP7 5.4软件，构成操作站，进行组态、实时显示与监控，下位机采用s7-300系列PLC,组成控制站。操作员通过上位机进行各种设定值的输入、修改和实时监控与操

作。

西门子s7-300系列plc是国际知名品牌，性价比高，广泛应用于工业控制的各个领域，能满足中等性能要求的应用。各种单独

的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常

容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

组态王6.53

具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

自控系统可实现的功能

本系统为全集自动化控制系统，运行可靠，形象直观，竣工后可实现以下功能：

1、生产过程中各设备的启停、液位、温度的自动控制

2、生产过程中各参数的设置，修改、检测。

3、各反应釜、储罐液位以画面形式直观显示。

自控系统主要配置

其余配件

控制柜中所用开关采用正泰产品，继电器采用欧姆龙产品。数量以装配完成后交货为准。

附

自动控制系统电气安装与控制图待完工后一并整理提供