摘 要:文章通過工程實(shí)例介紹了轉(zhuǎn)爐煙氣制酸流程的DCS 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采用動(dòng)力波洗滌煙氣與二轉(zhuǎn)二吸的煙氣SO2 回收工藝流程實(shí)施了較為完善的電儀合一的監(jiān)控,編程組態(tài)簡(jiǎn)捷,運(yùn)行可靠,是一較為成功的工程應(yīng)用實(shí)例,具有一定的借鑒作用。 關(guān)鍵詞:制酸;DCS;監(jiān)控 [align=center][b]DCS Monitoring and Control System in the Acid-making Process[/b]QIAN Xiao-shan（ Physical Science and Technology College, Yichun University, Yichun 336000 China ）[/align] Abstract: This paper introduces a DCS monitoring and control system for acid-making process using the gas from the air-blown converter. The process is an integration of electrical equipments and instruments in the recycling of SO2 using the gas of the power wave washing and twice converting with twice absorbing. Key words: acid-making; DCS; monitoring and control 1 引言 銅冶煉爐排出的煙氣視銅礦的硫（S）成份的不同含有不同的SO2氣體,這種含有有害氣體的煙氣排放大氣中,造成自然環(huán)境的嚴(yán)重污染,對(duì)周圍的生態(tài)造成非常嚴(yán)重的威脅。這與可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策、高品質(zhì)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求是格格不入的。隨著科技進(jìn)步和環(huán)保的嚴(yán)格要求,新老銅冶煉企業(yè)改造建設(shè)成為無公害工廠——綠色工廠已日顯其迫切性和必要性[1]。銅冶煉轉(zhuǎn)爐煙氣制酸不單是煙氣污染環(huán)境的治理,而且能充分利用煙氣的硫氧化物,生產(chǎn)工農(nóng)業(yè)都需要的硫酸產(chǎn)品,成為銅冶煉工廠的非常重要的附產(chǎn)品。 本文所涉及的煙氣制酸工藝采用了先進(jìn)的二段動(dòng)力波洗滌煙氣和二轉(zhuǎn)二吸等新技術(shù),達(dá)到生產(chǎn)高品的硫酸產(chǎn)品,消除污染,保護(hù)環(huán)境的雙重目的。伴隨著動(dòng)力波煙氣洗滌凈化和SO轉(zhuǎn)化吸收技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和推廣,工藝流的檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)也日益發(fā)展和完善,從常規(guī)儀表的測(cè)控系統(tǒng)已發(fā)展到普遍采用DCS集散控制系統(tǒng)階段[2]。從儀表、電力分兩個(gè)專業(yè)各自進(jìn)行傳統(tǒng)模式的控制到現(xiàn)今儀電一體化綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 針對(duì)上述生產(chǎn)工藝特點(diǎn),DCS 系統(tǒng)采用ABB Industrial ITFreelance控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是面向工廠自動(dòng)化的新一代開放式DCS系統(tǒng),全面支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),實(shí)現(xiàn)全局一體化編程。系統(tǒng)通信為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)擴(kuò)展能力,系統(tǒng)編程采用國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)控制站采用符合技術(shù)要求的遠(yuǎn)程I/O ABB S800 并通過Profibus 總線與控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) DCS系統(tǒng)的控制器采用冗余控制器,通過Profibus總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接,通過以太網(wǎng)與操作站、工程師站和網(wǎng)關(guān)連接。控制器內(nèi)部電源采用冗余結(jié)構(gòu),柜外I/O通訊網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。 DCS系統(tǒng)用于硫酸四系列的整個(gè)生產(chǎn)過程的控制,其包括凈化系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、干吸系統(tǒng)及與硫酸四系列相關(guān)的整個(gè)過程。本DCS 系統(tǒng)與工廠原有DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)有廠區(qū)管控網(wǎng)相聯(lián)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。 [b]3 監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1 凈化系統(tǒng)[/b] 從冶煉爐來的SO2 煙氣中含有金屬質(zhì)的煙氣、酸霧、水蒸汽及其它從原料礦中來的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)必須清除。煙氣的溫度高,也必須冷卻。冷卻和高效去除氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)雜質(zhì)由凈化系統(tǒng)來完成。這一系統(tǒng)由一級(jí)動(dòng)力波洗滌器、氣體冷卻塔和二級(jí)動(dòng)力波洗滌器構(gòu)成。每臺(tái)洗滌器都包含有一跟著一洗滌器分離槽的逆向噴嘴。煙氣首先進(jìn)入一級(jí)動(dòng)力波洗滌器,一組3個(gè)噴嘴逆向噴射的稀酸將其急速冷卻和洗滌。絕大部分的煙氣、固體和霧粒從煙氣中分離,并且煙氣也因絕熱飽和（水分的蒸汽）而冷卻。因而,出口氣體的濕體積大大于進(jìn)口。氣體混合物從一級(jí)動(dòng)力波洗滌器進(jìn)入洗滌器分離槽,洗滌液從煙氣中分離,并聚集在槽的底部,槽進(jìn)口的側(cè)壁及分離器,有助于煙氣進(jìn)入冷卻塔和二級(jí)動(dòng)力波前脫離細(xì)小霧和其他粒子。一級(jí)動(dòng)力波分離槽的液位由氣體冷卻塔系統(tǒng)、二級(jí)動(dòng)力波分離槽的串入量和電除霧系統(tǒng)的外排液量維持。并有一個(gè)自動(dòng)閥門控制液位。稀酸通過一級(jí)動(dòng)力波洗滌器循環(huán)泵打往3個(gè)噴嘴和溢流堰,泵靠重力從一級(jí)動(dòng)力波分離槽吸液體。溢流堰的稀酸流量帶高、低和低-低報(bào)警監(jiān)控。這個(gè)流量要求在低-低流量時(shí)連鎖開啟事故水閥門。噴嘴得稀酸壓力在低- 低壓力時(shí)連鎖開啟事故水閥門。 當(dāng)一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)泵被停的時(shí)候,主風(fēng)機(jī)也連鎖停車?？刂迫鐖D2所示。 3.2 轉(zhuǎn)換系統(tǒng) SO2 轉(zhuǎn)化成SO3是氧化放熱反應(yīng),在高溫和氧化釩催化劑作用下進(jìn)行,該反應(yīng)消耗O2,生成SO3,并升高氣體溫度直至達(dá)到平衡狀態(tài),在平衡點(diǎn)反應(yīng)終止。通過使反應(yīng)在連續(xù)的催化劑層中進(jìn)行并在層間進(jìn)行冷卻,可以提高反應(yīng)程度（轉(zhuǎn)化效率）。 自動(dòng)控制用于維持最適宜的轉(zhuǎn)化層進(jìn)口溫度,第一層進(jìn)口溫度控制冷熱交換器（四換）氣體旁路,第二層氣體進(jìn)口溫度通過熱交換（一換）氣體旁路控制,第三層進(jìn)口溫度控制中間交換氣體旁路,第四層進(jìn)口溫度控制冷卻交換器A 和B 氣體旁路。 自動(dòng)溫度控制也用于第二層出口溫度,通過轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)的旁路部分圍繞著第一層和熱熱交換器殼程（一換）輸送氣體。必須轉(zhuǎn)移一部分反應(yīng)熱量到第二層該控制主要需要低氣體溫度,因此離開一吸塔的氣體在返回轉(zhuǎn)化器之前被充分預(yù)熱。 一層進(jìn)口溫度控制、二層進(jìn)口溫度控制和二層出口溫度控制流程如圖3所示。 3.3 干吸系統(tǒng) 從傳化器第三層來的煙氣在冷中間交換器A 和B 中冷卻,然后流過一吸塔。在此三層轉(zhuǎn)化的SO3被第一次吸收到循環(huán)的98.5%硫酸中,然后煙氣經(jīng)過一個(gè)高效除霧器流出,在冷中間熱交換器A 和B 及熱中間熱交換器被重新加熱,然后返回轉(zhuǎn)化器的第四層進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。煙氣在進(jìn)入二吸塔之前在冷熱交換器和SO3 冷卻器中被冷卻。二吸塔中,第四層轉(zhuǎn)化形成的SO3 被吸收到循環(huán)的98.5%硫酸中。煙氣經(jīng)過一個(gè)碰撞型除霧器后流出塔,進(jìn)入煙囪排放,基本上沒有SO2和酸霧。通過一組在兩系統(tǒng)中允許自動(dòng)控制酸濃和泵槽液位的串酸管線,它與用于干燥塔的濃酸系統(tǒng)連通。 一吸塔上塔流量控制,通過調(diào)節(jié)在共用一吸/二吸塔酸冷器酸旁路管線上的閥門。上塔的酸溫控制,通過調(diào)節(jié)從共用酸冷器到一吸塔的流出管線上閥門。 二吸塔上塔流量控制,通過調(diào)節(jié)在共用酸冷器酸旁路管線上的閥門。上塔的酸溫控制,通過調(diào)節(jié)在從一吸/二吸塔酸冷器到埂吸塔的流出管線上的閥門?？刂迫鐖D4所示。 [b]4 監(jiān)控功能 4.1 流程圖及總貌顯示[/b] 按照裝置工藝和操作員的專門需要組態(tài)的用以表示工藝過程狀態(tài)的顯示畫面,工藝流程畫面顯示當(dāng)前的過程數(shù)據(jù)或過程狀態(tài),用數(shù)字或模擬形式進(jìn)行顯示（如棒圖.動(dòng)態(tài)填充或趨勢(shì)窗口）.畫面顯示中的圖形符號(hào)根據(jù)過程狀態(tài)進(jìn)行置換、閃爍、變色以及位置變化,即進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。而總貌圖則可調(diào)出分組顯示,用戶流程畫面顯示、設(shè)定曲線顯示、趨勢(shì)顯示和SFC 順序顯示。 4.2 快選窗口及分組顯示 功能與總貌顯示畫面類似,但它是可在其它顯示上隨意浮動(dòng)的窗口,由它調(diào)出某一畫面后其自身并不消失而是同時(shí)顯示。 為便于更準(zhǔn)確的讀數(shù),還同時(shí)顯示其物理量綱的數(shù)字。通過顏色的變換和閃爍可迅速檢測(cè)出各變量的故障狀態(tài)。所組態(tài)的報(bào)警極限值也能顯示出來。從分組顯示單元中可直接選擇所期望的值,它使得操作員能在過程運(yùn)行中進(jìn)行快速而適當(dāng)?shù)母深A(yù)。 4.3 面板及趨勢(shì)顯示和歸檔 采用面板窗口顯示技術(shù),可同時(shí)獲得總體和詳細(xì)的信息。面板顯示是彈出式窗口,與標(biāo)準(zhǔn)顯示或自由格式的用戶畫面同時(shí)顯示在監(jiān)視器上。它可以隨意拖動(dòng),不用時(shí)可關(guān)閉。所選的過程點(diǎn)隨時(shí)可以通過面板來顯示或操作。 模擬和數(shù)字過程變量隨時(shí)間的變化過程可以趨勢(shì)畫面進(jìn)行顯示并歸檔存儲(chǔ)。 4.4 消息列表及操作員提示 控制器檢測(cè)出的過程故障或開關(guān)量變化連同其時(shí)間標(biāo)簽（事件發(fā)生時(shí)刻）,將一同被送往操作站作為消息通報(bào)。 系統(tǒng)提供以下消息類型:系統(tǒng)故障、過程報(bào)警、開關(guān)動(dòng)作和操作員提示。過程消息類型指定五種不同的優(yōu)先級(jí)（從0～5）,系統(tǒng)故障另分成三個(gè)優(yōu)先級(jí)（S1～S3）.不同優(yōu)先級(jí)的消息以不同的顏色顯示并可選擇不同的確認(rèn)方法。此外還顯示過程點(diǎn)的名稱和故障狀態(tài)。所有消息均可以中文顯示。為觀察更加清晰,操作員可把某個(gè)優(yōu)先級(jí)或裝置區(qū)域的消息暫時(shí)從屏幕上取消而不顯示。 4.5 記錄及系統(tǒng)診斷顯示 記錄用于記錄來自過程的事件、狀態(tài)和順序。記錄文件存貯在硬盤上,可在監(jiān)視器上顯示、通過打印機(jī)輸出或轉(zhuǎn)存以備將來評(píng)估。 系統(tǒng)硬、軟件的當(dāng)前狀態(tài)由一個(gè)在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng)診斷程序進(jìn)行監(jiān)視。 系統(tǒng)狀態(tài)顯示（顯示包括操作站、過程站、現(xiàn)場(chǎng)控制器以及系統(tǒng)總線在內(nèi)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總貌和狀態(tài)）、站狀態(tài)顯示、模件狀態(tài)顯示（顯示與所選模件有關(guān)的詳細(xì)信息）。 5 結(jié)束語 ABB Industrial IT Freelance監(jiān)控系統(tǒng)有著高性能、全開放、規(guī)模靈活、成本較低的特點(diǎn),也是轉(zhuǎn)爐煙氣制酸流程過程監(jiān)控系統(tǒng)選型的著眼點(diǎn)。該DCS 監(jiān)控系統(tǒng)于2003 年底完成安裝調(diào)試及試運(yùn)行,現(xiàn)已投入正常運(yùn)行。運(yùn)行實(shí)踐表明,系統(tǒng)能適應(yīng)硫酸生產(chǎn)中的惡劣環(huán)境,性能穩(wěn)定可靠,產(chǎn)品質(zhì)量提高,年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2000多萬元。 參考文獻(xiàn): [ 1 ] 托馬斯•E . 格雷德爾 珍妮弗•A . 霍華德- 格倫維爾．綠色工廠- 觀點(diǎn)、方法與工具（ 翻譯版） [ M ] , 北京, 清華大學(xué)出版社,2006 [ 2 ] 中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì), 鋼鐵企業(yè)過程檢測(cè)和控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)手冊(cè)[M], 北京: 冶金工業(yè)出版社,2000