中控WebField ECS―100在聚醚装置中的应用

【摘要】简要介绍了聚醚多元醇的主要生产流程，重点阐述了中控WebField ECS-100 DCS系统在聚醚多元醇生产中的典型控制方案及实际应用情况。

【关键词】聚醚多元醇;典型控制方案

1.概述

聚醚多元醇，主要应用于聚氨酯软/硬泡、涂料、胶粘剂、密封胶、弹性体等聚氨酯高分子材料领域，也用于消泡剂、泡沫稳定剂、破乳剂、添加剂、清洁剂等诸多领域。近年来，由于聚醚应用产品市场的快速增长，聚醚的需求迅速增加，因此，聚醚消费结构逐渐走向多元化，市场形势良好，其质量和产量成为企业间争夺市场的重要砝码。

2.聚醚生产工艺简介

聚醚多元醇，其制备是在内衬玻璃或不锈钢反应釜中完成的。将起始剂（低分子量多元醇、多元胺或其它含活泼氢的化合物，如甘油）和催化剂（氢氧化钾）的混合物加入制备催化剂的釜内，加热升温至80～100℃，在真空下除去催化剂中的溶剂，以便促使醇化物的生成。然后将催化剂转入反应釜中，加热升温至90～120℃，在此温度下将环氧化物（根据配方选择环氧丙烷、环氧乙烷、环氧丁烷等）加入釜中，使釜内压力保持0.07～0.35MPa。在此温度和压力下，环氧丙烷进行连续聚合，直至到在一定的分子量。蒸出残存的环氧丙烷后，将聚醚混合物转入中和釜，用酸性物质进行中和，然后经过滤、精制、加入稳定剂得到产品。生产过程包括：醇钾催化体系的制备、氧化烯烃的聚合反应、中和脱色处理、吸附精制及过滤等处理。其工艺流程示意图如图1所示。

图1 聚醚生产工艺流程示意图

3.系统方案及配置

3.1 总体设计方案

根据聚醚的工艺和控制的要求，4万吨聚醚装置的ECS-100 DCS控制系统由3个操作员站、1个工程师站、2个控制站和1套过程控制网络组成。ECS-100系统采用成熟的网络通讯技术，构成高速的冗余数据传输网络，实现过程控制实时数据及历史数据的及时传送。同时将ECS-100 DCS系统与生产调度管理中心通过网桥进行数据传送，达到了实时监视与管理的目的。整个项目的系统配置图如图2所示。

图2 系统配置图

结合聚醚装置的工艺特点。在设计控制系统时突出了以下配置：

（1）为满足两条聚醚装置生产线的控制要求并便于控制系统维护与检修，聚醚装置配置了2个控制站;

（2）控制系统的主控卡、数据转发卡、系统电源、通讯网络、供电系统等采用了双重冗余措施;

（3）所有模拟量信号均先接到DCS端子柜，然后从端子柜转接接入DCS系统。开关量输入信号DI和输出信号DO均采用继电器进行隔离;

（4）为了便于生产管理和减少操作人员的误操作，在软件设计时，对操作界面和操作参数进行了分割，共设计了13副工艺操作流程图及12副联锁、参数等操作监控图，从而也保证了聚醚装置操作的安全性。其主要工艺操作流程图如图3所示。

图3 RE-101釜工艺流程图

3.2 典型控制方案

3.2.1 工艺顺序控制

由于聚醚生产的一些特点：严格按配方规定的参数、顺序进行生产操作，装置根据需要生产多种不同牌号的产品（本项目共计23个牌号），以及大量的信息提示、人工确认等。鉴于此特点，在编程设计时选用了顺控图编辑器（SFC）、功能块编辑器（FBD）、梯形图编辑器（LD）集成在一起，相互嵌套调用的方案，并且顺控程序采用了总体框架式结构。该方案的优点是许多程序可以互相调用，大大减少了编程人员的工程量，并且顺控程序清晰明了，可读性好，利于DCS系统人员日后调试、维护工作以及新牌号的添加等。顺控程序截图如图4所示。

图4 顺控程序截图

同时，顺控程序具备聚醚工艺控制所必须的功能要求，包括：自动顺控、手动控制、顺控中停、强制步进、顺控复位及其相应的信息提示、确认等功能。操作画面流程清晰，操作简洁方便，其操作主画面（参数表）如图5所示。

图5 RE-101釜参数表截图

当工艺开始运行时，首先选择要生产的产品牌号，再输入“釜重”“目标羟值”“实际羟值”等数值后，系统会自动生成该配方各步序相应的参数、指标，操作人员可根据实际情况对参数进行合理修改，确认无误后点击“启动”按钮，程序便会自动运行，同时自动记录产品生产初始时间及批次号，此时根据工艺需要，相应参数锁住，不可更改。在顺控程序自动运行时，系统会输出相应文字、声、光等信息提示操作人员做相应回复，当操作人员确认后，程序继续执行相应的指令，直至该批次产品生产结束。另外，考虑特殊情况下能方便生产，顺控程序同时具备“半自动”功能，即：当需要时，可以有选择的进行单个或几个步序的自动运行，而跳过其他步序。

为了保证人员、工艺装置的安全及正常的生产，在设计时对一些关键参数做了相应联锁，如：聚合釜温、聚合釜压、PO/EO流量、PO/EO压力、仪表空气、电源以及设备状态等等，当联锁发生或工艺要求时，顺控程序处于暂停状态，此时部分阀关闭，其他保持暂停前的状态。当联锁消失或工艺要求时，顺控程序会继续运行。

3.2.2 釜温控制

聚合反应釜的温控为聚醚生产的一个关键点。环氧化物与起始剂在催化剂存在下升温到120℃左右进行聚合反应。正常反应是，液态环氧化物逐步与起始剂聚合成高分子化合物。但在反应温度低于110℃时，聚合反应速度很慢，在反应开始的诱导期内反应速度更慢，或者在正常反应时由于环氧化物通入量过多而来不及全部聚合时，都会发生未反应的环氧化物迅速大量气化而导致聚合釜超压，引起爆炸。反应时，温度越高反应越剧烈，由于是放热反应，因此反应越剧烈放热越快，从而导致了更高的温度，而温度越高釜内的压力也会越大，釜内超压时引起爆炸，故聚合釜工艺条件要求苛刻。另外，环氧化物易燃、易爆，泄入大气后可能发生燃烧爆炸事故。

影响釜温的一个重要因素是PO、EO的滴加量，从实际投运效果看，无论是单一的PO控制还是PO/EO的比值控制，均能很好的控制其滴加量，使其进行平稳的反应，从而使得釜温能得到很好的控制。

图6 四阀分程曲线

釜温控制程序是由两个蒸汽阀与两个循环水阀共同组成的四分程控制程序，在正常生产时，无论是初始的投料阶段还是其后的反应、熟化阶段，温度偏差均能很好的控制在±1.5℃之内，完全满足实际生产要求，为提高产品质量奠定了基础。其温控程序四阀分程曲线如图6所示。

4.应用情况

聚醚装置自投运以来，PO、EO的反应非常平稳，聚合釜釜温也能很好的控制，釜温趋势如图7所示。

图7 釜温趋势图

从实际投运效果来看，由于设计考虑全面，系统功能完善，控制方案成熟，人机交互界面易操作、易维护等得到了用户的肯定和好评，使得生产聚醚产品的效率和质量得到了大幅的提高，给企业创造较好的经济效益。

参考文献

[1]WebField ECS-100控制系统说明书[S].杭州：浙江中控技术股份有限公司，2010.

[2]刘益军.聚氨酯原料及助剂手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

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