熟悉操作要求可以使操作人员在短时期内积累较多化工自动化控制系统操作的经验。为了更好地熟悉这些化工自动化控制系统,我们简要梳理如下。
熟悉工艺流程,熟悉操作设备,熟悉控制系统,熟悉开车规程。必须在动手开车之前达到这“四熟悉”,这是运行复杂化工过程之前必须遵守的一项原则。
工艺流程的快速入门方法是读懂带指示仪表和控制点的工艺流程图。工程设计中称此图为管道仪表流程图(Piping and Instrument Diagram,PID)。还应当记住开车达到某一工况后的各个重要参数,如压力 P 、流量 F 、液位 L 、温度 T 、分析检测变量 A (浓度等具体的量化数值)。若有条件了解真实系统,应当对照PID确认管路的走向、管道的直径、阀门的位置、检测点和控制点的位置等,这样可进一步了解设备内部的结构。同时各单元所采用控制系统有所不同,如表4-1所示。
开车准备工作涉及所有控制室、现场的手动和自动执行机构,如控制室的调节阀(操作器)、电开关、事故联锁开关等,现场的快开阀门、手动可调阀门、调节阀、电开关等。仿真开车过程中要频繁使用这些操作设备,因此必须熟悉有关设备出位号,以及在流程中的位置、功能和所起的作用。
表4-1 各单元所采用控制系统一览表
控制系统在化工生产工艺过程中所起的作用越来越大。为了维持平稳生产和提高产品质量,控制系统已成为化工生产工艺过程的重要组成部分。如果不了解自动控制系统及其使用方法,就无法实施开车。
开车规程通常是在总结大量实践经验的基础上,考虑到生产安全、节能、环保等多方面做出的规范。这些规范体现在相应仿真软件的开车步骤与相关的说明中。熟悉开车规程不只是对操作规程的机械背诵,而是应当在理解的基础上加以记忆。
对于每一个控制系统,应清楚其操作变量和被控变量。所谓操作变量就是具体实现控制作用的变量,所谓被控变量就是化工生产工艺过程中所要保持恒定的变量。
所谓强顺序性操作步骤是指操作步骤之间有较强的顺序关系,操作前后顺序不能随意更改。要求强顺序性操作步骤主要有两个原因:第一是考虑到生产安全,不按操作顺序开车就会引发事故;第二是基于生产工艺的自身规律,不按操作顺序就开不了车,或引发多种事故。例如,离心泵不按低负荷起动规程开车,步骤评分得不到;加热炉中无流动物料就点火升温,必然导致轴瓦超温和炉管过热事故;脱丁烧塔回流罐液位很低时就开全回流,必然会抽空。
所谓非顺序性操作步骤是指操作步骤之间没有顺序关系,操作前后顺序可以随意更改。例如,间歇反应前期的备料工作,先准备哪一种都可以;往复压缩机冲转前的各项准备工作大多是非顺序性的。
当手动操作调节阀时,必须首先清楚该阀门应当开大还是关小。阀门的开和关与当前所处的工况及生产工艺直接相关。以离心泵上游的水槽液位系统为例。液位调节器所连接的调节阀在水槽上方的入口管线上,该阀门为气开式。当液位超高时,调节阀应当关小,此时水槽入口和出口的水都在连续地流动。只有当入口流量和出口流量相等时,水槽液位才能稳定在某一高度。如果液位超高,通常是入口流量大于出口流量导致的液位向上积累,则必须适当关小入口阀。当液位超过给定值时,液位调节器呈现正偏差,此时若输出信号减小,称为正作用。若调节阀安装在出口管线上,情况则相反,称为反作用。
当手动操作调节阀时,粗调是指大幅度开或关阀门,细调是指小幅度开或关阀门。粗调通常是当被调变量与期望值相差较大时采用,细调是当被调变量接近期望值时采用。当生产工艺容易出现波动时,或在对压力和热负荷的大幅度变化会造成不良后果的场合,粗调的方法必须慎用,而细调是安全的方法。此外,对于有些流量,当不清楚阀门应当开大还是关小时,更应当采用细调,在找出解决方法后,再进行粗调。
参数调整的正确方法如下:每进行一次阀门操作,应适当等待一段时间,观察系统是否达到新的动态平衡,权衡被调变量与期望值的差距后再做新的操作。越接近期望值,越应细调。这种方法看似缓慢,实则是稳定工况的最快途径,因为任何过程变化都是有惯性的。有经验的操作人员总是具备超前意识,因而操作有度,能顾及后果。
控制系统有问题时立即切换为手动是一条操作经验。但需要说明的是,控制系统的故障不一定出现在调节器本身,也可能出现在检测仪表、执行机构、信号线路等方面。在切换为手动后,可以直接到现场手动调整调节阀或旁路阀。
找准事故源、从根本上解决问题,这是处理事故的基本原则。如果不找出事故的根源,只采用一些权宜方法处理,可能只解决一时之困,到头来问题依然存在,甚至付出了更多的能耗及产品质量下降等代价。例如,脱丁烧塔塔釜加热量过大会导致出现一系列事故状态,如塔压升高、分离度变差,由于塔压是采用全凝器的冷却量控制,冷却水用量加大,导致能耗双重加大。权宜措施是用回流罐顶放空阀泄压。但这种方法只能解决塔压升高单一问题,一旦放空阀关闭,事故又会重演。因此,必须从加热量过大的根源上解决才能彻底排除事故。当然对于复杂的流程,找准事故源常常不是一件容易的事情,需要有丰富的经验、冷静的分析、及时且果断的措施,在允许的范围内甚至要做较多的对比试验。
从物料流数据可以判断出:系统是否处于动态物料平衡状态;若非动态物料平衡状态,问题出于何处;在同一流动管路中,可能有哪些阀门未开或开度不够;是否忘记关小分流阀门,导致流量偏小;管路是否出现堵塞;是否有泄漏及泄漏可能发生的部位;装置当前处于何种运行负荷;装置当前运行是否稳定;不同物料之间的配比是否合格等。因此,操作过程中应随时关注物料流数据的变化,以便及时发现问题并排除故障。
联锁控制系统是在事故状态下自动进行热态停车的自动化装置。若开车过程的工况处于非正常状态,联锁动作的触发条件是确保其处于正常工况的逻辑关系,因此只有当工况处于联锁动作的条件之内并保持稳定后才能投用联锁控制系统,否则联锁控制系统会频繁误动作,甚至无法实施开车。开车前,操作人员必须从原理上清楚联锁控制系统的功能、作用、动作机理和条件,这样才能正确投用联锁控制系统。