间歇聚合生产过程安全控制教程.ppt

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1、1,间歇聚合生产过程的安全与控制,2,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三2009116号,为贯彻落实国务院安委会办公室关于进一步加强危险化学品安全生产工作的指导意见（安委办200826号,以下简称指导意见）有关要求，提高化工生产装置和危险化学品储存设施本质安全水平，指导各地对涉及危险化工工艺的生产装置进行自动化改造，国家安全监管总局组织编制了首批重点监管的危险化工工艺目录和首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案，现予公布.,3,有关事项通知如下,一、化工企业要按照首批重点监管的危险化工工艺目录、首批重点监管的危险化工工艺安全控制

2、要求、重点监控参数及推荐的控制方案要求，对照本企业采用的危险化工工艺及其特点，确定重点监控的工艺参数，装备和完善自动控制系统，大型和高度危险化工装置要按照推荐的控制方案装备紧急停车系统。今后，采用危险化工工艺的新建生产装置原则上要由甲级资质化工设计单位进行设计。,4,有关事项通知如下,二、各地安全监管部门要根据指导意见的要求，对本辖区化工企业采用危险化工工艺的生产装置自动化改造工作，要制定计划、落实措施、加快推进，力争在2010年底前完成所有采用危险化工工艺的生产装置自动化改造工作，促进化工企业安全生产条件的进一步改善。,5,有关事项通知如下,三、在涉及危险化工工艺的生产装置自动化改造过程中，

3、各有关单位如果发现首批重点监管的危险化工工艺目录和首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案存在问题，请认真研究提出处理意见，并及时反馈国家安全监管总局（安全监督管理三司）。各地安全监管部门也可根据当地化工产业和安全生产的特点，补充和确定本辖区重点监管的危险化工工艺目录。,6,有关事项通知如下,四、请各省级安全监管局将本通知转发给辖区内（或者所属）的化工企业，并抄送从事化工建设项目设计的单位，以及有关具有乙级资质的安全评价机构。国家安全生产监督管理总局 二九年六月十二日,7,国家安全监管总局公布的首批重点监管的危险化工工艺目录,一、光气及光气化工艺二、电解工艺（氯碱）

4、三、氯化工艺四、硝化工艺五、合成氨工艺六、裂解（裂化）工艺七、氟化工艺八、加氢工艺九、重氮化工艺十、氧化工艺十一、过氧化工艺十二、胺基化工艺十三、磺化工艺十四、聚合工艺十五、烷基化工艺,重点讲解,8,当前国内外流程工业安全控制技术简介,（1）采用继电器搭建或专用仪表在6070年采用电动单元组合仪表老装置中，使用较为普遍。一般另设置报警辅助操作台，由重要的工艺参数指示记录仪和信号闪光报警器、手动停车及复位、投运按钮等部分组成。而对于大型机组等设备运行状况和保护，也引入主控制室显示和报警，停车保护则一般采用设备自带的专用仪表系统来完成。,9,光字牌,巡迥报警器,闪光报警器,继电器型,10,（2）安

5、全联锁保护直接在DCS中实现在中小型装置上应用较多，一方面此类装置对安全等级要求相对不高，没有明确的安全等级(SIL)要求，另一方面根据用户对安全的认识程度、管理、投资状况等各方面因素综合考虑，可将安全控制系统与DCS融合，由DCS来实现安全控制系统的安全联锁功能，能够达到一定的保护作用。可节省成本、空间和安装费用，缩减操作和维护人员。,11,（3）采用单独的PLC或可编程电子系统实现.对于时间响应要求较高的安全联锁保护，有些厂家采用单独的PLC系统来实现安全联锁保护功能。,也有使用DCS中单独控制站的情况，来实现安全联锁保护。,12,（4）采用经专业安全机构认证的紧急停车系统（ESD）,13

6、,ESD的主流结构,这种产品符合IEC61508标准并达到或获得TV等级认证，主要有以下三种主流结构：1002D结构(2取1带诊断)；2003D结构(3取2带诊断)；2004D结构(4取2带诊断)；对于这三种不同的结构，安全系统的性能是不同的。对于第一种1002D的结构，当第一个CPU被诊断出故障时，该CPU被切除，另一个CPU继续工作。对于第二种结构，其CPU和I/O卡件采用三重化冗余故障容错设计，是基于高度稳定的硬件基础上的，三个通道设计在一块卡件上实现三重化表决的。对于第三种结构，四个CPU分成两对，既同时工作又相互独立。当其中一个CPU被诊断出故障时，则该对CPU被切除，所剩一对CPU

7、继续以1002D的模式工作。这对独立工作的CPU仍满足安全等级3级的要求。只有当这对CPU其中再有一个故障时，系统才考虑停车。同时此结构对于故障修复时间没有限制。,14,ESD系统主要厂家,目前德国HIMA公司、美国Triconex公司的系统在国内占有较大的市场份额，是主流ESD系统厂家代表，美国GE、美国Honeywell公司的产品则在化工、石化行业有着较为广泛、成功的应用业绩，德国Siemens等其它厂家的产品也有使用。,15,安全控制系统设计与选用原则,化工生产装置中安全控制系统的设置,必须根据化工生产的特殊性,从安全性、可靠性及可应用性等方面进行综合考虑。同时，还要兼顾经济性,坚持“安

8、全、可靠、经济、适用”的原则来选择安全控制系统。根据生产装置的危险等级和生产特点，与生产过程自动化系（Process Control System,PCS）配合设置。选用的原则如下：个人建议仅供参考,16,（1）适合于在DCS中或单独PLC中实现,这类装置一般在同类装置中属小型装置，需要安全联锁保护的I/O点数少（几点到数十点），对系统可用度要求优于安全度要求，或没有明确的SIL等级要求。在具体应用时可以通过在DCS中设置单独操作站实现；采用在DCS设置单独控制站操作站实现；或选用PLC实施。此类技术投资较小，一般为50万左右。,17,（2）适合使用冗余PLC和小型专业ESD系统,这类装置一般

9、在同类装置中属中型装置，需要安全联锁保护的I/O点数中等（数十点到几百点），对系统可用度要求和安全度要求兼顾的场合。如中控WebField GCS-2控制系统。此类技术投资中等，一般为100万左右。,18,（3）适合于专业ESD系统,这类装置一般在同类装置中属大型装置，需要安全联锁保护的I/O点数多（几百点以上），对系统安全度要求优于可用度要求的场合（安全等级要求高，明确提出要达到安全度等级SIL2以上）。此类技术投资较大，一般为300万左右。,19,可供选用的ESD系统,GE公司的SafeNet系统、GEFaunc9070GMR系统、HIMA公司的H41q和H51q系统、西门子S7-400H

10、(F)系统、Triconex公司的TRICON系统、Honeywell公司的FSC系统等,20,主流专业ESD系统，见下表。,21,化工过程自动化安全控制系统有关控制单元名词注释,1.可编程逻辑控制器（Programable Logic Controller，简称PLC），用于顺序控制的专用计算机。通过控制器上的编程板或主计算机，通常利用布尔逻辑或继电器梯形图编程语言来改变其顺序控制逻辑。PLC主要应用于顺序控制、批量控制等开关量较多的生产过程控制场合，例如生产线自动化。PLC的代表性厂家如：美国莫迪康（MODICON）的QUANTUM系列、德国西门子（SIEMENS）的SIMATIC系列、日

11、本欧姆龙（ORMOM）的SYSMAC系列等。,22,控制单元名词注释,2.分散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS），一种控制功能分散、操作显示集中，采用分级结构的智能网络。其目的在于控制或控制管理一个工业生产过程或工厂。DCS主要应用于连续生产等模拟量较多、调节回路较多的生产过程控制场合，例如炼油过程自动化。DCS的代表性厂家如：美国霍尼韦尔（HONEYWELL）的TDC系列、日本横河（YOKOGAWA）的CENTUM系列、我国浙江中控（SUPCON）的ECS系列等。,23,控制单元名词注释,3.紧急停车系统（Emergency Shutdown Sy

12、stem，简称ESD），狭义意义上，即指SIS中的逻辑运算器及相应软件。ESD宜采用权威机构认证的可编程电子系统（Programmable Electronic System，PES）。ESD的代表性厂家如：德国黑马（HIMA）的H41q/H51q系列、美国（Triconex）的TRICON系列、美国通用电气（GE）的GMR系列等,24,控制单元名词注释,4.安全仪表系统（Safety Instrument System，简称SIS）,用仪表实现安全功能的系统。系统包括传感器、逻辑运算器、最终执行元件及相应软件等。SIS为生产装置提供独立于人工操作的安全保护措施。当预定条件满足（如：过程变量越

13、限、机械设备故障、系统本身故障或能源中断等）时，SIS能自动（必要时可手动）地完成预先设定的动作，使操作人员、工艺装置及环保转入安全状态。SIS一般要求各元件通过安全性诊断测试（Diagnostically Tested for Safety,DTS），取得安全证书。SIS主要应用于事故发生可能性交大、且事故产生后果严重的生产场合。,25,目前企业使用SIS系统时存在主要问题之一,由于国际标准IEC61508/61511、国家标准GB/T21109.1-2007出台较晚,目前国内只有SHB-206-1999石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则,用于设计、施工和运行.因此在选用SIS时往往只注

14、意了控制器达到AK5、AK6或达到SIL3标淮.而没有提供一个SIS系统整体设计,包括输入输出部分的解决方案.用户使用达到SIL3等级的逻辑解算器,而对于传感器和终端设备执行机构如何设置缺乏考虑.是无法保证整体SIS系统成为一个SIL3系统.SIL装置=SIL传感器+SIL逻辑解算器+SIL执行机构整个SIS系统的安全完整性水平SIL,是由其构成的三个单元中最低的SIL等级所决定.这是石化企业生产装置中使用SIS系统时,必需关切的问题.,关键是工艺报警联锁停车方案的合理性.好的软件比好的硬件有时显得更为重要.,(+软件),26,首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求,14、聚合工艺反应类型放热

15、反应重点监控单元聚合反应釜、粉体聚合物料仓工艺简介聚合是一种或几种小分子化合物变成大分子化合物（也称高分子化合物或聚合物，通常分子量为11041107）的反应，涉及聚合反应的工艺过程为聚合工艺。聚合工艺的种类很多，按聚合方法可分为本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合、溶液聚合等。,27,聚合工艺危险特点,（1）聚合原料具有自聚和燃爆危险性；（2）如果反应过程中热量不能及时移出，随物料温度上升，发生裂解和暴聚，所产生的热量使裂解和暴聚过程进一步加剧，进而引发反应器爆炸；（3）部分聚合助剂危险性较大。,28,聚合工艺典型工艺,（1）聚烯烃生产聚乙烯生产；聚丙烯生产；聚苯乙烯生产等。（2）聚氯乙烯生产（3）

16、合成纤维生产涤纶生产；锦纶生产；维纶生产；腈纶生产；尼龙生产等。（4）橡胶生产；丁苯橡胶生产；顺丁橡胶生产；丁腈橡胶生产等。（5）乳液生产醋酸乙烯乳液生产；丙烯酸乳液生产等。（6）涂料粘合剂生产醇酸油漆生产；聚酯涂料生产；环氧涂料粘合剂生产；丙烯酸涂料粘合剂生产等。（7）氟化物聚合四氟乙烯悬浮法、分散法生产聚四氟乙烯；四氟乙烯（TFE）和偏氟乙烯(VDF)聚合生产氟橡胶和偏氟乙烯-全氟丙烯共聚弹性体（俗称26型氟橡胶或氟橡胶-26）等。,29,聚合工艺重点监控工艺参数,聚合反应釜内温度、压力，聚合反应釜内搅拌速率；引发剂流量；冷却水流量；料仓静电、可燃气体监控等。,仪表选型与安装,30,聚合工

17、艺安全控制的基本要求,反应釜温度和压力的报警和联锁；紧急冷却系统；紧急切断系统；紧急加入反应终止剂系统；搅拌的稳定控制和联锁系统；料仓静电消除、可燃气体置换系统，可燃和有毒气体检测报警装置；高压聚合反应釜设有防爆墙和泄爆面等。,合理的组态,31,聚合工艺宜采用的控制方式,将聚合反应釜内温度、压力与釜内搅拌电流、聚合单体流量、引发剂加入量、聚合反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系，在聚合反应釜处设立紧急停车系统。当反应超温、搅拌失效或冷却失效时，能及时加入聚合反应终止剂。安全泄放系统。,其它工艺的安全控制要求请详见首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案,如何实施,32

18、,原料精制,助剂配制,聚合反应,后处理包装入库,典型间歇聚合生产过程(SBS;S-SBR;MPS为例进行说明),33,控制任务,间歇生产过程的聚合程序控制与安全连续生产过程的溶剂回收精制控制,间歇生产聚合工艺+批量程序控制(以工艺参数为主,时间参数为辅,与反馈控制融合为一体),缩短每釜之间等闲时间,达到连续的生产效率,34,35,自动化安全联锁必需十分明确生产工艺对安全操作的要求,36,间歇生产过程的控制变迁,2010DCS与SIS集成?,37,除DCS系统外从确保生产安全考虑，设计报警辅助操作台，操作台内设有12路信号报警器，将生产中涉及安全的重要工艺参数的报警点引入，例：预聚釜、聚合釜的压

19、力、温度和液位报警，以及UPS不间断电源工作状况等。另外，重要的自控阀和机泵，设置手动/自动切换开关12个，一遇到紧急状况，例如地震、火灾发生时，操作人员能直接操作重要的自控阀和机泵,使装置处于安全状态。操作台上可设置多个带锁开关，作为权限等级的输入，防止组态内容和工艺参数被无权限者修改。另外还设有红色紧急停车操作带罩自锁按钮，异常紧急情况下按下此钮，即能启动安全保护程序，使装置自动进入安全状态。,报警辅助操作台,39,助剂控制站联锁控制,防止设备溢出或抽空,40,助剂控制站联锁控制,在线含水量监测联锁,41,助剂控制站联锁控制,机泵联锁,42,助剂控制站联锁控制,43,助剂控制站联锁控制,4

20、4,合成控制站联锁控制,压力设备安全保护,45,后处理及公用工程控制站联锁控制,聚合反应安全保护,锂系间歇聚合控制一览表,更换日本富士MICREXP扩容,更换日本富士MICREXP扩容,48,光纤通讯远程连接,茂名呈驰化工DCS系统结构,49,连续生产过程一个主要的优点是经济规模效益。一个标准产品大批量生产，一般都能获得比较丰厚的初始投资回报。间歇生产过程最大的优点是柔性好，能生产多种产品，进行多种生产操作。使工厂生产新产品不用添置新设备，生产不同规格的产品不需要修备，工厂只要增加少量就能适应市场需求的变化。,连续和间歇生产过程,在连续生产过程中，原料经由不同的专用设备加工转变为产品。每个设备

21、都是运行在稳定的工作状态下完成一项规定的生产操作。一个连续生产过程输出的产品是连续的产品流。,间歇生产过程，又称批量生产过程，间歇生产过程由一个或多个按一定顺序执行的操作步（或操作阶段）组成，完成这个操作步顺序就生产出一定量的最终产品。如果需要生产更多的产品，则必须重复执行这个操作步顺序。以顺序的操作步进行批量产品生产称为间歇生产过程。,50,间歇生产过程有一个确定的操作顺序，例如加料、反应、排料。这些操作及其执行的顺序由产品的配方规定，随生产的产品而变。所以要求间歇控制系统具有的一项基本控制功能是驱动生产过程一步一步的顺序执行不同的生产操作。前一步操作结束向后续操作进展由转移条件决定。工业上

22、称这种控制模式为顺序控制。步转移条件仅仅取决于时间（例如停留时间，反应时间等），称为时间驱动顺序控制。步转移条件由被控对象的状态或发生的事件决定，称为事件驱动顺序控制。实际应用的顺序控制常常是这二种形式的组合。,连续生产过程的控制，一般采用一个保持一组给定的稳态操作条件和生产过程物料平衡的控制系统来满足上述各项要求。连续控制系统通过反馈控制和前馈控制，将关键的被控变量维持在给定值上。,顺序控制,51,程序间歇控制 最常见的一种间歇控制系统，它的控制功能除了包含顺序间歇控制的全部功能外，又增加了模拟量的调节控制功能。在间歇生产中也要用连续调节回路来控制温度、压力等工艺参数，但是它们的工作方式与连

23、续控制生产过程不同。常与程序控制融为一体.,在间歇生产过程中，操作工人的干预是正常操作顺序的一部分，在生产中起十分重要的作用。一个关键的操作常常是由操作工人操纵控制系统启动的，而不是控制系统自动触发.,间歇生产过程计算机控制 间歇生产过程计算机控制使工厂获得明显的经济效益。增加了产量，计算机控制缩短了每批产品的生产周期，并提高了设备的利用率。提高了产品的质量，计算机控制使每批产品质量均匀一致。降低了生产成本，提高了原料、能源和设备利用率，减少了废品率。在确保间歇生产过程操作重复的同时具有更好的操作柔性。使生产更安全。通过严格控制和改进操作，减少了对环境的污染。,间歇生产过程的控制简称为间歇控制

24、,计算机控制应用软件开发和管理的费用高；现场仪表及其安装费用高；需要先进的工程实施服务和高技术的支持。,52,(北京燕山石化公司),53,不连续性间歇生产过程的不连续性不仅表现在物料是断续的，单元操作是顺序进行的，其设备的运行也是间断的在间歇生产过程中，设备在二批产品生产之间总有一段闲置时间。非稳态不确定性共享资源处理配方管理,54,原料和助剂贮缶充氮/排气压力保护控制,为防止原料和助剂与空气接触而被氧化,工艺采用微压纯氮保护,希量尽量减少纯氮消耗;又因原料和助剂具有挥发性,或原料自聚。使贮缶内压力增加,工艺要根据贮缶间歇补料和加入时压力波动和贮缶设备耐压,尽量维持一定压力,为减少排气损耗,允

25、许在较大范围内波动,只在超压时要及时排气降压。常规PID分程控制很难满足此要求。现利用ALMA指示报警回路和MAN手操器回路组成贮缶充氮/排气压力保护控制,ALMA指示报警回路:贮缶压力选用宽量程压力变送器,测量值PV在上限PH和下限PL的范围内充氮伐和排气伐全闭;在量程下限PL之间充氮伐由全开到全闭;在PH满量程之间排气伐由全闭到全开。MAN手操器回路组:MAN手操器内藏压力测量值PV输出MV(充氮调节伐开度)曲线,或压力测量值PV输出MV(排气调节伐开度)曲线,在自动方式A时MAN手操器按内藏压力测量值PV输出MV曲线输出,手动方式M时可人工直接操作充氮调节伐或排气调节伐开度.,安全与节约

26、氮气,55,连续生产过程,(有时作前馈控制),连续生产过程,56,.,迅速达到设定的温度,冷凝水自控切断伐能使迅速将预热器内低温冷凝水排空,立即投入热交换.,蒸汽自控切断伐防止因蒸汽调节伐内漏,使预热器内残留的溶剂超温汽化,57,1）流量计量批量控制,(主要原料苯乙烯,丁二烯)在间歇生产过程中为提高流量计精度，流量计应采用容积式或流量响应快的质量流量计，安装地点选择除考虑流量计本身直管段要求外，还应注意安装在充满物料的管段内，流量计后应增加压力指示回路和手动伐来保证流量计后压力高于物料汽化压力,防止物料汽化保证加料计量精度。,单纯流量批量控制由带温度补偿（T）流量批量控制（FQS）模块和二位自

27、控阀（KV）组成。当物料管道直径较大时，为提高流量累积量控制精度，也可采用两段开闭式自控阀.,流量批量控制,计量方式一般采用容积式流量计、质量流量计或计量缶和法兰式液位计，也有用称重计量办法等。,KV二位自控阀,58,由带温度补偿（T）流量PID调节（FC）模块，流量批量控制（FQS）模块,调节伐(FV)和二位自控阀（KV）组成。由程序控制.,2）恒定流量批量控制,59,在加料程序控制下完成:程序发出开始命令:使PID调节FC模块处于手动输出，调节伐FV位于“开始预定开度”位置上，二位自控阀KV全开，目的尽快达到加料流量设定值.流量批量控制FQS启动.当流量测量值与设定值偏差小于规定值时，程序

28、使PID调节，由手动方式无扰动切换到自动方式，进行PID恒流量调节.直到流量累积值达到预定值时，程序又将PID调节切换到手动方式，使调节伐FV位于“结束预定开度”。进行小流量加料,以保证加料累积值的正确,避免超量.待累积值达到设定值时，调节阀FV和自控阀KV同时全闭,加料程结束。为防止计量累积失效,发生加料超量,程序内设有定时计时器,当加料超过规定时间,程序自动停止加料,并显示加料超时信息,完成一次恒定流量批量控制过程说明,60,恒流量批量控制调节伐FV和二位自控伐KV开度变化状况,调节伐FV开度变化,二位自控伐KV开度变化,(不同开度),61,在间歇生产过程中流量计常有按每种原料或按设备设置

29、的两种方法,考虑今后扩产增加设备，是按每种原料或助剂分别设置流量计,由程序控制设备的进料自控阀。,62,液位计量批量控制,间歇生产过程中加入量小,时间短,瞬时流量大的特点,其批量控制系统是由瓶状计量缶,双法兰式液位计和自控伐等组成,通过计量缶补料和加入程序实现批量控制。(活化剂(CP)、调节剂(AT)、引发剂(CA)等)LA:液位指示报警回路,H:设定值,由牌号配方管记系统自动设定,步也可在单元操作画面上人工设定SEQ计量缶补料和加入程序计量缶补料或加入程序运行后,首先自动检查工艺条件,未通过时会发出未准备好信息。计量缶液位LA。PVH时发出退料中,LA。PVL时发出补料中,LLA。PVH时发

30、出加入中。,LA。PVLL时发出加入完。退料自控伐,补料自控伐和加入自控伐全由程序控制。程序结束时全闭,信息消失。为精确控制液位有时采用二段式开闭自控伐。MPS装置为控制助剂的补料和加入速度和时间,要求自控伐具有预定开度,当接近设定值时改为小开度,和故采用MAN手操器和气动调节伐的方案。如图 所示。图 MAN手操器和气动调节伐开度手动方式M时可人工直接输出MV值,操作气动调节伐的开度,在自动方式A时MAN手操器按程序控制命令传送数据方式输出MV值,决定气动调节伐的开度,气动调节伐的预定开度和小开度可以按工艺要求在0100%内任意设定.投资比二段式开闭自控伐省,维护量小,但一定要用软密封零泄漏的

31、气动调节伐。各计量缶采用双法兰差压液位变送器的测量精常受助剂配置浓度变化引起比重变化的影响,使用时应加强校正.为此对引发剂(CA)计量缶玻璃液位计外设TV电视探头.对重要设备增加超声波液位计或固定高度安装音义液位信号计,对差压式液位计测量值进行监视,现利用液位仪表指示报警回路的输入处理功能进行监视报警.,63,建立逻辑报警联锁控制,进行压力下限泵运行 逻辑报警压力上限定机泵保护联锁控制液位上限停止自动补料联锁控制溶剂超温保护联锁控制聚合釜压力上限、温度上限或液位上限停止加料、或聚合釜放空、或紧急排料联锁控制等,联锁动作和联锁设置联锁/解除的操作记录在历史操作记录中都可查到。,64,联锁控制功能

32、画面图列显示,为确保装置生产安全，按照专利技术提供方的技术条件，共设置50条工艺参数和开关阀（或机泵）的联锁，当工艺参数高于或低于某规定值时，相应的开关阀（或机泵）会产生联锁动作，使开关阀（或机泵）开闭（或启、停），以此来确保工艺设备的操作安全。每条工艺联锁的投运或解除，均可在工艺流程操作画面上进行单独设置，设置结果是用锁图例来表示。当联锁投运时，画面上显示锁闭图例，联锁解除时，画面上显示锁开图例。联锁设置的操作记录可在历史操作记录中查到。采用单独联锁/解除设置的方法优点是灵活，可按工艺具体状况，规定每条联锁是否投运，锁开/锁闭图例鲜明，一目了然。但缺点是组态和调试要逐条进行，增加工作量，不如

33、统一设置简单。,有联锁信号,无联锁信号,联锁投入无联锁信号无联锁动作发生,联锁投入有联锁信号有联锁动作发生,联锁投入运行,联锁解除,65,在线分析仪的应用,溶剂,苯乙烯,丁二烯加料过程中采用电容式氧化铝探头,进行含水量在线水监测.当含水量超过上限520PPM时安全联锁控制,三通自控伐由直通切换到侧通,进入事故缶进行脱水回收处理.聚合反应胶液 黏度采用振动式在线粘度测量,监测聚合反应粘度变化过程,藉以观察聚合反进行程度.当粘度趋而稳定后,判断聚合反应终点条件之一.在线过程分析仪的选型和探头安装位置及其重要,原料在预热等过程中,因设备渗水等原因,使含水量过高,直接影响聚合反应的质量与安全!,66,

34、在线分析（on-line analysis）,在生产过程中直接对被控制的产品的特性量值进行检测的分析方法。又称过程分析化学。在线分析分为4种：间歇式在线分析。在工艺主流程中引出一个支线，通过自动取样系统，定时将部分样品送入测量系统，直接进行检测。所用仪器有过程气相色谱仪、过程液相色谱仪、流动注射分析仪等。连续式在线分析。让样品经过取样专用支线连续通过测量系统连续进行检测。所用仪器大部分是光学式分析仪器，如傅里叶变换红外光谱仪、光电二极管阵列紫外可见分光光度计等。直接在线分析。将化学传感器直接安装在主流程中实时进行检测。所用仪器有光导纤维化学传感器、传感器阵列、超微型光度计等。非接触在线分析。探

35、测器不与样品接触，而是靠敏感元件把被测介质的物理性质与化学性质转换为电信号进行检测。非接触在线分析是一种理想的分析形式，特别适用于远距离连续监测。用于非接触在线分析的仪器有红外发射光谱、X射线光谱分析、超声波分析等。离线分析在时间上有滞后性，得到的是历史性分析数据，而在线分析得到的是实时的分析数据，能真实地反映生产过程的变化，通过反馈线路，可立即用于生产过程的控制和最优化。离线分析通常只是用于产品（包括中间产品）质量的检验，而在线分析可以进行全程质量控制，保证整个生产过程最优化。在线分析是今后生产过程控制分析的发展方向。,67,工业在线分析仪器/在线分析仪表,68,成分分析与生产过程的质量与安

36、全,过去60年来流程工业主要依靠“温度，压力，流量和液位”四大热工参数来控制生产过程质量与安全的。但是从目前新建的大中型企业来看，这是远远不够的，按“成分”参数来控制生产过程质量与安全是必然要提到日程上来。工艺和自动化工程师应积极推动其厂泛的应用。市场对流程工业在线分析仪的需求也越来越强烈。如今大型石油化工企业所需的DCS控制系统和现场总线技术的国产化的研发己在规划之中，但流程工业急需的在线分析仪的国产化规划尚未形成。在线分析仪与控制系统的结合，和适用于成分分析的控制算法等研发工作急需规划与支持。,69,70,71,在线微量水分析仪,DCS系统,执行机构三通电动伐,在线微量水分析联锁控制,72

37、,进料中/补热中PID串级+前馈温度控制参数自动更换,73,74,乙烯装置使用的在线分析仪器类型和数量,根据天津、镇海新建100万吨/年乙烯装置的设计方案，需要配置的在线分析仪器类型和数量大致如下：工业色谱仪 273 3台工业质谱仪 2台氧化锆氧分析仪 11台燃料气热值仪 25台溶解氧分析仪 1台工业pH计 19台工业电导率仪 16台,75,乙烯装置使用的在线分析仪器类型和数量,微量水分仪 8台红外线气体分析器 2台总有机碳(TOC)分析仪 2台可燃性气体检测报警器 180台有毒性气体检测报警器 12台特殊样品预处理系统 22套分析仪小屋及集成 8套以上合计300多台套，仪表设备总投资达250

38、03000万元，在线分析仪已超过DCS和ESD系统投资的总和。,新建100万吨乙烯为什么投这多钱用在分析上?,为了质量与安全,76,乙烯裂解工段使用的在线分析仪器,(1)氧化锆氧分析仪测量裂解炉排放烟气中的氧含量，计算空气过剩系数，调节风门挡板开度，控制空燃比。每台炉子配1台氧化锆氧分析仪。氧化锆氧分析器分为直插式和抽吸式两类，直插式氧化锆氧分析仪可用于燃煤炉、燃油炉，但不适用于燃气炉。,77,乙烯裂解工段使用的在线分析仪器,这是由于采用天然气等气体燃料的炉子，烟道气中往往含有少量的可燃性气体，如CH4、H2、CO等。氧化锆探头的工作温度约750左右，在高温条件下，由于铂电极的催化作用，烟气中

39、的氧会和这些气体成分发生氧化反应而耗氧，使测得的氧含量偏低。当燃烧不正常时，烟气中的可燃性气体含量较高，与高温探头接触可能发生起火、甚至发生爆炸。,78,乙烯裂解工段使用的在线分析仪器,以前，这种场合一般采用抽取采样顺磁式氧分析仪的方式进行测量，例如早期的乙烯裂解炉、以天然气为原料的合成氨一段转化炉等。由于样品处理系统复杂，维护量大，故障率较高等原因，其使用效果并不理想。目前，石化行业的燃气炉已采用抽吸式氧化锆氧分析仪取代了顺磁式氧分析仪，这种分析器在氧化锆探头之前增加了一个可燃性气体检测探头，可同时测量烟气中的氧含量和可燃性气体的含量。其作用有以下几点：,79,乙烯裂解工段使用的在线分析仪器

40、,在可燃气体检测探头上，可燃性气体与氧发生催化反应而消耗掉，从而消除了其对氧化锆探头的干扰和威胁；用可燃气体检测结果对氧化锆探头的输出值进行修正和补偿，可使氧含量的测量结果更为准确；根据可燃气体检测结果判断燃烧工况是否正常，以便及时进行调节和控制。,80,乙烯裂解工段使用的在线分析仪器,也有在氧化锆探头之前增设两个检测探头的产品，一个是可燃气探头，一个是甲烷气探头，甲烷气探头的作用是为了更准确地判断天然气的燃烧工况是否正常。例如，Ametek公司WDG-IVCM型烟道气中氧可燃气体甲烷分析仪适用于天然气作燃料的锅炉和加热炉，可同时测得烟气中氧、可燃气体(H2CO)和甲烷三种成分的含量。,81,

41、乙烯裂解工段使用的在线分析仪器,(2)燃料气热值分析仪乙烯裂解炉使用的燃料，主要是分离工段分离出来的甲烷和其他可燃性废气，也采用部分燃料油。每条燃料气总管配置1台燃料气热值分析仪，测量燃料气的热值(发热量)，参与燃烧控制和出口温度控制。我国的乙烯装置大多采用美国Fluid Data公司的燃烧法热值分析仪。,82,乙烯裂解急冷废热锅炉使用水质分析仪器,废热锅炉水质在线监测项目和使用的分析仪器离子交换除盐设备水质监测离子交换除盐设备的进水水质在线监测项目主要是浊度、化学需氧量(COD)等，目的是防止进水中残存的悬浮物和有机物对离子交换树脂造成污染。离子交换除盐设备的出水水质在线监测项目主要是电导率

42、和二氧化硅含量，对于g/L级的微量硅酸根离子，电导仪的灵敏度达不到分析要求，因此设置电导仪后仍需设置二氧化硅分析仪。,83,乙烯裂解急冷废热锅炉使用水质分析仪器,锅炉给水水质监测锅炉给水在线监测项目除上述的电导率和二氧化硅含量外，还包括脱盐水除氧处理后水中的溶解氧和联氨含量、锅炉给水加药处理后的磷酸根含量等，采用在线溶解氧、联氨、磷酸根分析仪监测给水水质并对除氧和加药过程进行控制。,84,乙烯裂解急冷废热锅炉使用水质分析仪器,锅炉锅水水质监测通常是用工业pH计和工业电导仪在线监测锅水的pH值和电导率，其作用为：a.在汽包炉中，有时炉水的pH值显著上升到超过PO43浓度所对应的pH理论值。很明显

43、，炉水中存在着大量的游离NaOH。游离NaOH的来源之一补给水，来源之二是凝结水。当炉水中游离NaOH过高时，应查明原因，使水处理系统尽量减少泄漏，应及早堵漏。采取措施后，若pH值仍过高时，可向炉水中添加磷酸氢钠来调节炉水的pH值。炉水的pH值由工业pH计监测。b.为了使炉水的含盐量和含硅量能维持在极限容许值以下，以及排除炉水中的水渣，在汽包炉运行时，必须适时、适量地排放掉一部分含杂质量较大的炉水，并补入相同量地给水，这一操作称为排污。炉水的含盐量和含硅量由工业电导仪监测。,85,乙烯压缩、分离工段使用的在线分析仪器,(1)微量水分仪由于在裂解时加入了一定量的稀释蒸汽，同时裂解气又通过了急冷、

44、碱洗脱酸性气体以及水洗等操作过程，所以不同程度地使裂解气带入了一些水分。裂解气一般含水为400700ppm。在后工序深冷分离时，这些水分将会结成冰。裂解气经过加压后，在一定温度和压力下，这些水分还会和烃类生成白色的水合物结晶，如CH46H2O、CH47H2O、C4H107H2O等。结晶会堵塞管道和设备，使分离过程不能顺利进行。,86,乙烯压缩、分离工段使用的在线分析仪器,为了防止结冰和生成烃类水合物晶体，必须除去裂解气中的水分，在深冷分离中，要求裂解气的露点为70，含水量在2ppm左右，有的工艺要求1ppm，因此要对裂解气进行深度干燥脱水。微量水分仪用于干燥器出口，监测裂解气经干燥处理后的含水

45、量。此外，在分离流程中，氢气、碳二馏分、碳三馏分在进入加氢脱炔反应器之前，也需采用分子筛干燥剂进行干燥，干燥效果用微量水分仪监测。目前我国乙烯装置大多使用电容式微量水分仪。,87,(2)工业气相色谱仪(3)红外线气体分析器(4)工业色谱仪在加氢反应器中的应用(5)工业色谱仪和红外分析仪在乙烯、丙烯精馏塔中的应用在乙烯精馏塔的前馈-反馈控制系统中，工业色谱仪和红外分析仪扮演着重要角色。根据工业色谱仪测得的塔顶乙烯产品中的乙烷含量，控制塔顶回流量，并对精馏塔C2进料量调节回路进行前馈补偿。塔顶色谱仪同时分析乙烯产品的杂质含量，确保乙烯产品纯度达到99.9%以上，各种杂质含量符合要求。,乙烯压缩、分

46、离工段使用的在线分析仪器,成分参数直接用于闭环控制,88,间歇和连续生产过程区别（一）,产品：多种产品 单一产品工程单元：关系变化 关系恒定管理方式：计划型 平衡型干扰：品牌变更 催化剂等运行状：过度状态 稳定状态操作人员：人工介入 现场巡监,间歇过程,连续过程,间歇过程复杂,89,间歇和连续生产过程区别（二）,温度 升温恒温降温 恒温为主压力：周期性变化 相对稳定流量：批量控制 稳定流量液位：周期性变化 相对稳定控制：周期性运行 长期稳定运行,间歇过程,连续过程,仪表测量精度要求高,90,间歇和连续生产过程区别（三）,工程设计：程序设计 回路设计调试：仿真调试 信号调试投运：多次投运 一次投

47、运设备功能：多种功能 功能固定,间歇过程,连续过程,组态工程量大,91,间歇聚合程序控制水平,92,一个单产品间歇生产过程:其每批产品的生产都是按照配方规定的同一操作顺序、相同的原料配比和工艺参数进行。多产品间歇生产过程:生产一族不同规格的产品。各批产品的操作及其顺序相同，只是原料配比和工艺参数，例如温度、压力有些改变。多用途间歇生产过程:产品生产可以按不同的路径，即产品的生产流程和工艺参数都可以改变。,间歇生产过程生产的产品分类:单产品、多产品和多用途三类。,93,间歇聚合 批量程序控制,聚合反应控制主程序原料助剂单元操作(加料,补料等)子程序辅助运算程序聚合釜安全联锁保护程序,94,批量程

48、序程序功能,六种牌号的生产管理助剂投料前的自动准备工作投料前工艺条件自动检查按顺序自动投入各种原料和计量联锁控制各种助剂按时定量自动加入控制加料管线和测控元件及时自动冲洗控制聚合釜反应温度自动控制聚合釜自动出料和终止剂加入控制浓缩釜自动出胶和防老剂加入控制等,95,举例说明AN补料过程的批量控制程序,AN补料待机状ST0步,96,向缶内进行程序批量补料,机泵停?,补料缶液位空?,伐门全闭?,故障信容,故障处理完再开,忽略故障,程序框图例,程序运行中标记,程序待机,程序启运逻辑命令,工艺条件安全检查,正常,异常,故障信息发生标记,PH,PL,97,程序框图例,补料开始开伐,初始化工作,伐故障,9

49、8,程序框图例,判断补料结束初步条件,判断补料结束条件,PL补料超时,99,程序框图例,PH补料超时,补料结束伐闭全命令,联锁紧急停止补料逻辑命令,结束状态待机,100,V3505补料,聚合出料与掺混,聚合出料掺和流量比例程序控制,101,9,程序运行状态画面,故障,运行步数,102,指导操作人员准确准时启动相应的程序,103,程序管理,程序运行的启动,停止程序自动,半自动,步进方式执行的选择程序语句(步)运行标志前进,后退的操作程序运行参数 标志和字符串设定程序语句的修改和存盘 程序运行信息汇总显示,适合程序操作员维护程序使用,104,生产装置的安全应从设计选型,施工安装、运行维护贯穿全过程

50、,聚合釜温度:选用低惯性测温元件.当釜体积增大时,应在釜的轴向和径向设置测温点,以求取釜内平均温度和最高温度.为观察其温度变化趋势,求出平均温度变化率.各测温点之间相差最大达1020C.在按近反应终点各测温点和平均温度才趋向一致.聚合釜冷却水进出口和夹套内设置测温点,以观察撤热情况.聚合液位在釜底采用插入式法兰液面计,釜中部装有音义液位信号计或釜顶部装超声波液位计.用以校正插入式法兰液面计因釜内介质组成变化引起比重变化带来的误差.聚合釜压力采用法兰压力变送器,为防釜内介质堵塞,分别二个取压口.聚合釜粘度,采用插入振动式粘度计.,为防止釜合釜内介质粘挂在所有测量元件表面上,在用溶剂每次冲洗釜壁同