横河CENTUMVP系统在丙烯酰胺装置的应用

摘要：针对横河CENTUM VP系统在丙烯酰胺装置的应用，介绍VP系统的特点，硬件结构。结合装置特点，阐述相关顺控程序方案。

关键词：VP系统 Vnet/IP网络 组态 控制应用

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0053-01

1 装置简介

大庆炼化公司聚合物一厂5万吨/年丙烯酰胺装置采用化学法悬浮床连续催化法工艺，以丙烯腈、水为原料在装置自产铜催化剂作用下水合反应生产丙烯酰胺。主要包括催化剂制备、催化剂回收、反应、浓缩、精制、产品和废水处理等七个工段。

丙烯酰胺原DCS控制系统采用横河公司CENTUM XL系统，自1995年建成投产后，已连续运行十七年，系统设备老化，故障率高。本次系统改造使用的横河CENTUM VP是横河电机综合生产控制系统的最新产品系列。

2 控制系统简介

CENTUM VP系统具有更加直观的人机界面，大容量现场控制站能够更加快速无误地处理数据。系统提供了更好的信息可见性、性能预见性和操作灵活性。其简单通用的结构，适用于各种工厂规模和行业。

2.1 系统构成及主要设备

横河CENTUM VP系统主要由操作站（HIS）、工程师站（ENG）、现场控制站（FCS）、控制网络（Vnet/IP）及其相应附属设备组成。

每套系统最大监控工位数：100000个；最多站数：256个；最大域数：16个；每个域最多站数：64个。

2.2 控制网络（Vnet/IP）

Vnet/IP是一种符合IEEE802.3或IEC 61784-2 Ed.2.0标准的以太网，可提供1Gbps带宽的冗余网络，它融合了横河电机的技术，可实现确定、可靠和安全的通信。

Vnet/IP站连接数：最多64个；其它Ethernet设备：最多124个；2层交换机层次：最多7层；2层交换机与站间距离：最大100m（双绞线）最大5km（光纤）。

3 丙烯酰胺装置CENTUM VP系统配置

3.1 I/O点数统计

根据系统监控要求，丙烯酰胺装置要检测和控制的点的数量（I/O点），为AI：213点、AO：86点、DI：306点、DO：204点、RTD：72点、PI：5点。

3.2 硬件配置

根据I/O点数及装置的监控要求，配置了一对冗余控制器，2个控制柜，2个电源柜、辅助端子柜7个，3台操作站，1台工程师站，2台MES站，2台交换机，控制站节点单元10个，模拟量输入卡32个，模拟量输出卡14个，脉冲输入卡1个，热电阻输入卡5个，数字量输入卡11个，数字量输出卡8个，MODBUS通讯卡3个，ESB通讯电缆18根，其它通讯电缆71根。

4 丙烯酰胺装置系统控制方案组态及应用

本装置工艺指标要求较高，需要实现常规控制、复杂控制、逻辑控制、顺序控制四种功能。其主要顺控程序有CS300、CS301、CS302、CS302I、CS303、CS321A＼B、CS331、CS311、CS701等。铜催化剂制备（CS301程序）是生产丙烯酰胺产品的一个重要工艺环节。下面简要介绍利用横河CENTUM VP实现丙烯酰胺装置铜催化剂制备中反应部分工艺顺序控制方案。

4.1 铜催化剂制备工艺

（1）Cu催化制备工艺说明

在这一工艺中，硫酸铜在强酸（硫酸）存在和氮气保护下。在N-302中被次磷酸钠还原生成一氢化铜（CuH）。CuH又被氢氧化钠分解，生成单质铜（Cu°）。单质铜就作为催化剂。当CuH分解时，生成大量氢气，在氢气放空线上加入0.3MPa蒸汽以防止因静电引起火灾。反应液中含过量的氢氧化钠。经过清洗后，催化剂被送到N-314（催化剂贮罐）。该工艺过程都是由CS301程序自动完成。

（2）生成催化剂的反应方程式。

①一氢化铜的反应方程式：2CuSO4+3NaH2PO2+3H2O2CuH+3NaH2PO3+2H2SO4

②Cu催化剂的生成：2CuH2Cu+H2

4.2 铜催化剂制备程序反应部分顺控程序

硫酸铜进料结束，进入反应冷却步骤：

（1）程序运行，执行程序状态监控计时器TM1113开始计时，计时100000MIN，供给流量FC302关闭，N302真空泵C301A＼B停，搅拌器AG302启动，CuH生成反应时间计时器TM30109停止。阀门SQV3010开，SQV3001-SQV3015关闭。A＼B泵状态选择判断切至自动。

（2）程序运行，N302真空泵C301A/B判断否，搅拌器AG302判断启动，阀门判断SQV3010开，SQV3001-SQV3015关闭。执行N302转速SC301切至自动，N302高速设定60RPM转速运行。

（3）程序运行，执行N302温度TC302切至自动，设定50℃运行。CuH生成反应时间计时器TM30109启动，计时45MIN。

（4）程序运行，判断CuH生成反应时间计时器TM30109计时完成，执行CuH生成反应时间计时器TM30109停止，程序结束开关%SW1033置ON。

（5）进入冷却环节，程序运行，执行程序状态监控计时器TM1113 开始计时，计时100000MIN，供给流量FC302关闭，N302真空泵C301A＼B停，搅拌器AG302启动，冷却监视时间计时器TM30110停止，阀门SQV3010开，SQV3001-SQV3015关闭。A＼B泵状态选择判断切至自动。

（6）程序运行，N302真空泵C301A/B判断否，搅拌器AG302判断启动，阀门判断SQV3010开，SQV3001-SQV3015关闭。执行N302转速SC301切至自动，N302高速设定60RPM 转速运行，冷却监视时间计时器TM30110启动，计时90MIN。

（7）程序运行，执行冷却温度TC302切至自动，设定45℃运行。

（8）程序运行，判断冷却温度TC302大于45℃，冷却监视时间计时器TM30110计时完成，执行冷却监视时间计时器TM30110启动，冷却温度异常报警。

同时程序运行，判断冷却温度TC302小于等于45℃，且大于等于44℃，执行冷却监视时间计时器TM30110停止，冷却温度异常报警消除，程序结束开关%SW1033置ON。

反应冷却结束，进入下一个环节氢氧化钠进料。

5 结语

CENTUM VP是横河公司最新产品，首次在大庆炼化公司丙烯酰胺装置中应用。经过近3个月的组态、模拟调试，在线调整，于2013年9月中旬投入运行，目前系统运行稳定，充分满足了工艺操作和生产控制功能要求。

参考文献

[1]横河CENTUM VP系统培训资料.

[2]大庆炼化公司丙烯酰胺装置操作规程2010版.