反应釜夹套多介质智能切换控制系统设计

王维艳

(北方工业学校)

精细化工生产反应釜是实现化学反应的主要设备之一[1]。釜内介质的温度控制是通过改变反应釜夹套中的冷热介质实现的[2]，如某反应釜生产过程中夹套需切换蒸汽、导热油、热水、循环水及低碳醇等多种介质以满足釜内介质不同反应的温度条件。工艺要求改变釜内介质的反应温度条件时，需通过人工操作利用压缩空气压空反应釜夹套内的当前介质，然后切换另一种所需的介质。由于介质回路复杂、阀门多且操作过程复杂，经常因操作失误引起介质混乱，导致停产[3]。为此，笔者设计了反应釜夹套介质智能压空和切换程序，并应用于烟台某精细化工有限责任公司，实现了自动识别夹套中的当前介质、自动压空和自动切换所需介质的目标，解决了因误操作造成生产事故的问题。

1 夹套介质智能识别

反应釜夹套介质压空是指用压缩空气将当前夹套中的介质经其循环回路压到储槽的过程[4]。要实现自动压空夹套中的当前介质，首先需保证系统能够准确地识别夹套中是当前介质。为使夹套介质压空操作安全、可靠，要求无论正常生产还是停产维修，无论手动操作还是自动操作，最后通入夹套的介质都应被准确识别[5]。

夹套公用工程介质包括蒸汽、导热油、热水、循环水及低碳醇等，使用传感器识别夹套中当前介质的难度很大。通过研究分析，可根据介质进入夹套阀(供阀)的开到位状态反馈判断夹套当前介质，即当某种介质的供阀开到位状态有效时，就认为夹套通入了该介质[6]。程序设计设置夹套介质标识位来识别夹套中的介质，每种介质都有相应的标识位(表1)，当其标识位为1时，表明夹套中为该种介质。某种介质的供阀开到位状态有效将其标识位置于1，同时将其他介质的标识位复位。

表1 夹套介质状态标识位

上述方法能够快速、准确地识别夹套中的当前介质[7]，但在一些特殊情况下可能出现误判：

a. 某种介质供阀未开到位时，PLC系统未接收到阀门开到位的反馈信号，程序无法判断该阀是否操作，而错误判断为夹套当前介质未改变；

b. 正在执行压空操作过程中，人工现场将其他介质供阀打开，使夹套内不同介质混合，此时自动识别程序仍按原来介质进行压空操作。

情况a属于阀门故障，程序将报警等待处理，处理完毕，即可恢复正常；情况b属于违章操作，在生产中严格禁止。因此，上述方法的误判概率极小[8]。

2 夹套介质压空操作

2.1压空终点判断

当需要切换夹套介质时，首先需要压空夹套中的当前介质。压空操作是夹套介质切换的关键工艺，而夹套压空终点判断是执行压空介质操作的关键技术。夹套压空终点判断是指如何准确地判断夹套中的介质已被全部压出，防止不同介质混合。常规的判断方法是在夹套的出口管路上安装液位开关来检测夹套是否已压空，但由于介质的多变性(包括有机物和无机物及其混合物、低温介质及高温介质等)，反应釜间歇操作管路中的介质为非稳态流动，容易引起管路振动；压缩空气作用于液体介质时容易出现气泡等[4]；且管路内介质的流动特性极为复杂，容易引起液位开关误报，造成夹套中介质的误判。因此，笔者采用压空操作时间标准判断夹套压空终点[9]。在压缩空气压力稳定的前提下，同一容积的夹套压空介质时所需的时间可以通过现场调试获得。实践表明，这种方法能够准确地判断压空终点。

2.2压空操作程序

执行夹套压空操作时首先应判断夹套中的当前介质。介质切换操作的执行条件是夹套当前介质与需要切换的介质不一致或夹套内无介质。一旦夹套中当前介质与需要切换的介质不同，程序自动执行压空操作(图1)：首先关闭当前介质的供阀，打开或关闭回路上的其他相关阀门，形成介质与储槽之间的通道；然后打开压缩空气阀通入压缩空气对夹套进行压空，夹套压空后关闭压缩空气阀；此时因夹套中仍有残存压力，故延时等待夹套中的压力恢复至常压，关闭其余阀门，压空结束[10]。显然，如果夹套中的介质为空气，即使在操作员站或触摸屏点击压空开始按钮，现场阀门也不会有任何动作。

图1 夹套介质压空操作流程

2.3压空操作模式

生产中压空操作有手动压空操作和自动压空操作两种。手动压空操作是指生产过程处于手动模式(如预处理、维修调试等操作)时，采用一键式操作方式，通过点击上位机WinCC操作界面上的压空按钮执行智能压空程序。单击压空按钮后需在弹出的压空时间设置窗口中设置压空时间(该时间由反应釜夹套现场调试获得)，确定后系统自动识别夹套中的当前介质，并执行压空操作，通入压缩空气将夹套介质压到相应储槽。压空过程中上位机显示剩余压空时间。自动压空操作指生产过程处于自动操作模式时，工艺要求某种介质升温或降温操作需要切换夹套介质时(介质切换程序如图2所示)，程序根据夹套内当前介质的情况来判断是否自动调用压空子程序[11]。

图2 夹套介质切换程序流程

3 结束语

精细化工生产反应釜夹套需通入多种冷热介质来满足生产工艺中不同反应的温度条件。为了解决反应釜夹套内多种介质切换时易因操作失误引起介质混乱的问题，笔者提出了反应釜夹套多介质智能切换控制方案。该方案通过自动识别介质标识位实现了夹套内当前介质的智能识别，这种识别方法不增加任何硬件，结构简单可靠，在实际应用中未出现过误判。采用压空时间作为压空操作终点的判断依据，解决了液位开关检测困难等问题。自动生产工艺程序自动调用介质切换程序，完成夹套介质自动识别、自动压空与自动切换操作，简化了操作过程，提高了介质切换的可靠性和生产效率。

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