丙烯腈装置计算机控制系统设计毕业论文.doc

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1、丙烯腈装置计算机控制系统设计摘 要丙烯腈是一种重要的有机化工原料,在合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料中占有显著的地位并有着广阔的应用前景。本文以丙烯氨氧化制丙烯腈工艺为背景，对丙烯腈装置计算机控制系统进行设计。首先阐述丙烯氨氧化制丙烯腈的工艺流程，丙烯腈装置发展现状及发展趋势。然后根据丙烯腈装置实际应用的需要，从丙烯腈装置控制系统的反应器、换热器、反应器提出相应的设计方案。在控制中结合单回路控制算法实现丙烯腈装置温度，流量，压力等控制。其次进行丙烯腈装置控制系统的硬件结构，根据丙烯腈装置控制系统对仪表，执行器，DCS进行选型。最后采用力控软件完成丙烯腈装置的系统各种组态，包括I/O组态

2、，数据转发卡组态，I/O卡件登录，信号点组态，信号点参数设置组态，系统控制方案组态，流程图组态和监控画面设计。本文设计的系统以丙烯腈装置控制系统为主体，预计能完成丙烯腈装置的生产控制和监控，实现对其生产过程温度，压力等的控制和生产工艺参数实时采集统计、优化、报警等功能，实现丙烯腈生产过程的自动化控制和管理。关键词：丙烯腈;自动控制;监控;组态The Control System Design of Acrylonitrile Unit of ComputerAbstractAcrylonitrile is a kind of important organic chemical raw mat

3、erials, synthetic resin, synthetic fiber, synthetic rubber and so on occupies a significant place in polymer material and has a broad application prospect.Based on the background of propylene ammoxidation to acrylonitrile technology, computer control system of acrylonitrile unit was designed. First

4、in this paper, the process of propylene ammoxidation to acrylonitrile acrylonitrile unit development present situation and development trend. Then according to the need of the acrylonitrile plant application, from the device control system of the reactor, heat exchanger, acrylonitrile reactor is put

5、 forward the corresponding design scheme. In the control algorithm combined with single loop control in acrylonitrile unit temperature, flow, pressure control, etc. Next to acrylonitrile unit control system hardware structure, based on the acrylonitrile plant control system hardware structure, combi

6、ned with actual control circuit hardware design is introduced. Finally with the help of acrylonitrile unit force control software, system configuration, including the I/O configuration, data forwarding card configuration, I/O card login, signal point configuration, signal point parameter configurati

7、on, system control scheme configuration and flow chart of design configuration and monitoring picture.System design in this paper with acrylonitrile unit control system as the main body, is expected to complete the acrylonitrile plant production control and monitoring, implement the production proce

8、ss temperature, pressure control and production process parameters such as real-time collection and statistics, optimization, alarm functions, and realize the automation of acrylonitrile production process control and management.Key words: acrylonitrile,;automatic control,;monitoring; configurationI

9、II目 录1 绪论11.1课题研究的背景和意义11.2 丙烯腈的用途11.3丙烯腈生产技术现状概述21.3.1世界生产情况21.3.2中国生产情况31.4丙烯腈的国内市场31.5丙烯腈的生产技术42 丙烯氨氧化制丙烯腈化工工艺52.1丙烯氨氧化法简介52.2丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程52.3工艺参数对丙烯氨氧化制丙烯腈的影响62.4丙烯氨氧化制丙烯腈装置设备简介92.5丙烯氨氧化反应装置的控制方案112.5.1透平压缩机的压强控制方案112.5.2空气压缩机的流量控制方案112.5.3换热器的控制方案132.5.4整体控制方案172.6丙烯氨氧化反应的安全生产和“三废”处理182.6.1安全生

10、产182.6.2废水处理182.6.3废气，废渣处理183 丙烯腈装置计算机控制系统配置193.1仪表选型193.1.1温度测量仪表选型193.1.2压力测量仪表选型193.1.3流量测量仪表选型193.2执行器选型203.3 DCS型号选择214 监控设计系统及实现224.1组态软件的介绍224.2监控级组态程序设计244.3监控界面设计254.3.1主界面设计254.3.2历史报表界面设计264.3.3实时曲线界面设计274.3.4远程监控界面设计274.3.5报警报表界面设计284.3.6实时数据库及控制策略295 结束语31参考文献32谢 辞33V1 绪论1.1课题研究的背景和意义丙烯

11、腈是一种重要的有机化工原料,在合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子材料中占有显著的地位并有着广阔的应用前景。除此之外,丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于国民经济的多个领域。2011年，由于亚洲需求增长速度超出预期，全球丙烯腈的总需求量达到500万，比2009年的总需求量增加了约7%。世界丙烯腈主要消费地区是亚洲、欧洲和北美。亚洲最大的丙烯腈消费地区，占全球总消费量的64%左右，而中国则是亚洲地区最大的丙烯 腈 消 费 国。欧 洲 地 区 丙 烯 腈 消 费 量 占20左右，美洲地区丙烯腈消费量约占11。中国依然是丙烯腈进口国，2011年丙烯腈进口量比上年有所增加，达到48.15万，出口量为

12、零。2009-2011年，中国丙烯腈进口量占总消费比率保持在30以上，但随着国内丙烯腈生产能力提升，这一比例在未来几年会逐渐下降。未来几年，ABS树脂，丙烯酰胺和丁腈橡胶将成为丙烯腈需求的亮点。国内丙烯腈市场将迎来新的高速发展时期。因此，丙烯腈装置计算机控制系统设计这个课题在工程生产中有一定的实用性。1.2 丙烯腈的用途丙烯腈是合成纤维，合成橡胶和合成树脂的重要单体。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶，其性能极似羊毛，因此也叫合成羊毛。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶，具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性，和电绝缘性能，并且在大多数化学溶剂，阳光和热作用下，性能比较稳定。丙烯腈与丁二烯、苯乙烯共聚制得

13、ABS树脂，具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺和丙烯酸及其酯类。它们是重要的有机化工原料，丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈，由己二腈加氢又可制得己二胺，己二胺是尼龙66原料。可制造抗水剂和胶粘剂等，也用于其他有机合成和医药工业中，并用作谷类熏蒸剂等。此外，该品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC142原料。1.3丙烯腈生产技术现状概述1.3.1世界生产情况2011年，世界丙烯腈产能约为640万t/a，产量580万t/a，负荷率为91%。英国英力士集团公司（INEOS）在收购了BP公司和BASF公司的丙烯腈业务之后，产能达到135.5万t/a，成为全球最大

14、的丙烯腈生产商。近年来，发达国家丙烯腈产业萎缩，全球丙烯腈生产在向亚洲转移。据报道，日本旭化成旗下子公司旭化成化学(AKC)是目前世界上第二大丙烯腈供应商，也是亚洲最大的供应商，公司表示将通过产能扩张来进一步扩大公司的丙烯腈业务。该公司表示将在韩国蔚山新建一套大型丙烯腈生产装置，拟建装置产能24.5万t/a，2011年5月开始动工建设，2013年投产。AKC新工厂将在位于韩国蔚山的全资子公司Tong suh石化生产基地建设，2011年8月，该公司与沙伯公司（SABIC）在沙特朱拜勒合资建设20万t/a丙烯腈项目，该项目采用丙烷原料工艺，2013年建成投产。根据旭化成化学预测，未来丙烯腈需求将继

15、续强劲增长，特别是诸如中国、韩国和台湾等亚洲市场需求将更加强劲。旭化成目前拥有丙烯腈总生产能力95万t/a，其中包括在日本水岛30万t/a，川崎15万t/a，在韩国蔚山30万t/a，在泰国马塔堡工业区20万t/a（已经于2011年12月建成投产）。待韩国蔚山和沙特朱拜勒的丙烯腈装置建成后，旭化成公司丙烯腈总产能将达到139.5万t/a。1.3.2中国生产情况 2011年中国丙烯腈总产能129万t/a,总产量约为111万t，负荷率为86%。由于国内市场丙烯腈的下游需求旺盛，对丙烯腈的需求潜力仍然巨大。上海赛科石化公司拟建1套26万t/a丙烯腈新装置，现已通过环保审批。2011年3月中旬，由中国万

16、达集团总投资39亿元的26万t/a，丙烯腈项目在山东东营港经济开发区开工建设。项目占地面积15万m，主要建设26万t/a丙烯腈生产装置、8万t/a聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）生产装置、原料成品罐区等辅助生产设施以及循环水、变配电系统等公用工程。11.4丙烯腈的国内市场2011年，占丙烯腈消费比例最高的腈纶市场行情低迷，国内腈纶厂整体负荷处于中等水平，另一主要下游产品ABS生产也不温不火，没有出现对丙烯腈的旺盛需求。受棉花、粘胶低迷影响，腈纶棉纱出货滞缓；同时齐鲁石化腈纶装置、吉盟腈纶装置和奇峰腈纶装置在2011年的5月进行检修，对原料丙烯腈的需求更一步减少。国内通胀势头没有得到有效控制，抑制通

17、胀仍是我国宏观调控的首要目标；美国信用评级降低，保护主义抬头，对中国腈纶、ABS、丙烯酰胺等出口产品进行打压；腈纶纤维价格下跌，ABS生产商开工不足，丙烯酰胺生产商库存量增加等，都减少了丙烯腈市场的需求量西美信息研究员苏燕军表示：虽然原料丙烯供不应求的形势依然严峻，随着新产能的投产，国内丙烯腈的供应将不断提升。未来几年，ABS树脂，丙烯酰胺和丁腈橡胶将成为丙烯腈需求的亮点。国内丙烯腈市场将迎来新的高速发展时期。总的来看，未来几年我国丙烯腈需求将以年均7%-8%的速度增长。21.5丙烯腈的生产技术丙烯氨氧化法制丙烯腈是当今世界上生产丙烯腈的主要方法。目前丙烯腈的世界年产量约6Mt。以丙烯和氨气为

18、原料生产丙烯腈,副产乙腈和氢氰酸。该法原料易得、工序简单、操作稳定、产品精制方便,经过近几十年的发展,技术日趋成熟。目前主要技术改进集中在催化剂、流化床反应器以及节能降耗等方面。催化剂是丙烯腈合成的关键,许多公司都着重于高性能催化剂的开发。目前国内主要采用的催化剂为MB-82和MB-86,特别是M-86达到了国际水平,与最新的C-49MC相当。对流化床反应器改进主要集中在气体分布、旋风分离器、催化剂补加方式等方面。我国目前也自行开发出具有国际先进水平的新型流化床布气系统、PV型旋风分离器等。在节能降耗方面包括萃取塔侧线出料、提高脱氰塔的分离效率、增设废热锅炉等。32 丙烯氨氧化制丙烯腈化工工艺

19、2.1丙烯氨氧化法简介 丙烯氨氧化时，除了生成丙烯腈外，还生成少量乙腈，丙烯醛，丙烯酸，丙酮等副产物及一氧化碳，二氧化碳，水等深度氧化产物。 丙烯氨氧化生成丙烯腈的反应机理，目前有两种观点：一种认为是丙烯首先脱氢生成烯丙基，烯丙基与晶格氧作用生成了丙烯醛，然后丙烯醛与吸附态的NH2结合，失去一个水分子后形成了丙烯腈，这两步法机理；另一种观点认为丙烯脱氢生成烯丙基，烯丙基直接氧化生成丙烯腈，而不需要经过生成丙烯醛这一步骤，这是一步法机理。反应历程大致如下：在无丙烯存在时，氨与氧反应生成氮气与水。丙烯醛与丙烯腈均会深度氧化成一氧化碳，二氧化碳和水。42.2丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程丙烯氨氧化制工艺

20、流程一般分为反应，回收，精制三部分。丙烯和氨蒸发混合后进入反应器, 与压缩机送来的空气中的氧在催化剂作用下发生化学反应, 生成丙烯腈、乙腈、氢氰酸、水、丙烯醛及丙烯酸等物质, 形成反应气体。这其中还包括未反应的丙烯、氨及氧等物质, 反应气体经旋风分离器除催化剂后, 进入急冷塔下段进行急冷和洗涤, 除去反应气体携带的催化剂粉尘和反应生成的聚合物, 并由塔底排出,送界区外处理。洗涤后的反应气体进入急冷塔中段,加入浓硫酸, 浓硫酸与反应气体中的氨发生中和反应, 生成的硫铵液送硫铵液贮罐。反应气体除氨后进入急冷塔上段进行降温, 降温后进入吸收塔, 回收丙烯腈和其他水溶性有机反应产物。吸收塔顶排出未被吸

21、收的CO、CO 2、N 2 及烃类等物质, 吸收塔釜液进入萃取塔进行萃取, 从萃取塔侧线抽出含有乙腈、水及少量氢氰酸的混合物, 并把混合物打入乙腈塔进行汽提, 得到粗乙腈, 一部分回用, 一部分送乙腈炉焚烧。萃取塔顶分离出的丙烯腈、氢氰酸及水蒸气等物质进入脱氰塔, 经减压精馏后, 塔顶蒸出氢氰酸, 塔釜出来的丙烯腈含有少量水, 再经脱水塔除水后, 得到丙烯腈成品。工艺流程图见图2.1。52.3工艺参数对丙烯氨氧化制丙烯腈的影响（1）原料纯度与配比 一般采用的丙烯原料是由裂解气分离取得的丙烷-丙烯馏分。丙烯与空气配比：根据丙烯氧化反应方程，丙烯与氧的理论配比应为：1:1.5，但考虑到副反应及深度

22、氧化反应增加了氧的消耗量，故用氧量高于理论值。而导致随空气带人的氮也就多，造成丙烯浓度下降，降低了生产能力，也使动力消耗增加，也促进了深度氧化副反应的发生。丙烯与氨配比：丙烯在催化剂上可氧化成丙烯醛或氨氧化生成丙烯腈，丙烯与氨的配比决定了两个产物的生成比。丙烯与水蒸汽：水蒸气的加入不会影响丙烯氨氧化反应，却可避免丙烯腈深度氧化，提高丙烯的转化率和丙烯腈的产率。（2）反应温度 反应温度对于反应速率与选择性有影响，当反应温度低于350摄氏度时，几乎不生成丙烯腈，要获得高收率丙烯腈，必须控制较高的反应温度。图 是丙烯在某催化剂上反应温度对主副产物收率的影响，可以看出有一温度适宜值，小于此温度，丙烯腈

23、收率随温度升高而增加；高于此温度时，连串副反应增强，导致丙烯腈，乙腈收率均下降。各催化剂活性不同适应反应温度也不同。见图2.2所示。（3）反应压力 在加压下反应虽可加快速度，提高设备生产能力；但经验发现，随着反应压力的提高，丙烯转化率，丙烯腈单程转化率和选择性均下降，而副产物乙腈，丙烯醛的单程收率却在增加，故丙烯氨氧化反应一般采用常压操作。（4）接触时间 丙烯氨氧化反应在催化剂表面进行，原料气体在催化剂表面需要停留一段时间，该时间与原料气体在催化剂床层中的停留时间有关，这个停留时间又称为接触时间。丙烯腈的收率随接触时间的增长而增加，而副产物的转化变化不大，所以可以控制足够的接触时间，提高丙烯腈

24、的转化率.6图2.1 丙烯氨氧化制丙烯腈反应和回收部分工艺流程图丙烯腈产物/进料丙烯（摩尔比）乙腈HCN图2.2 反应温度的影响t/2.4丙烯氨氧化制丙烯腈装置设备简介丙烯腈装置设备比较多除了反应器外还有塔类设备、泵类设备、热冷交换设备、容器类设备、储罐及其他类设备。本装置集成化、自动化程度较高，主要设备见表2.3。表2.3 丙烯腈装置主要设备主要设备操作压力（Mpa）操作温度（）介质反应器 急冷塔 吸收塔 回收塔 乙腈塔 脱氢氰塔 成品塔 丙烯制冷机 半成品罐丙烯罐区 液氨罐区 丙烯腈罐区 0.0720.260.0140.020.020.0750.0364.138 0.04 0.2 2.2

25、常压435/45081.2/82.636114/6674.7 65343 48.6 -23/50-23/50小于20丙烯、氨、丙烯腈、氰化氢、乙腈反应生成物、硫酸水有机物、水有机物、水乙腈、水丙烯腈、氢氰酸、水丙烯腈丙烯丙烯腈丙烯液氨丙烯腈2.5丙烯氨氧化反应装置的控制方案2.5.1透平压缩机的压强控制方案压缩机的出口压力与转速有关系，当转速增加时，出口压力及流量都会变化，如果流量不变，出口压力就会上升。因此采用调节蒸汽透平入口蒸汽量从而改变压缩机转速的方法控制压缩机出口压力的控制方案如图2.4所示图2.4 压缩机出口压力控制2.5.2空气压缩机的流量控制方案压气机和泵同为输送流体的机械，其区

26、别在于压气机是提高气体压力。气体是可以压缩的，所以考虑压力对密度的影响。压气机的种类很多，按其作用原理不同可分为离心式和往复式两大类；按进、出口压力高低的差别，科分为真空泵、鼓风机、压缩机类型，在制定控制方案时必须考虑到各自的特点。 压气机的控制方案与泵的控制方案由很多相似之处，被控变量同样是流量或者压力，控制手段大体可分为三类。1直接控制流量 对于低压的离心式鼓风机，一般可在其出口直接用控制阀控制流量。由于管径较大，执行器可采用蝶阀。其余情况下，为了防止出口压力过高，通常在入口端控制流量。因为气体的可压缩性，所以这种控制方案对于往复式压缩机也是适用的。在控制阀关小时，会在压缩机入口端引成负压

27、，这就意味着，吸入同样容积的气体，其质量流量减少了。流量降低到额定值的50%-70%以下时，负压严重，压缩机效率大为降低。这种情况下，可采用分程控制方案，如图2.5所示。出口流量控制其FC操纵两个控制阀。吸入阀只能关小到一定开度，如果需要流量更小，则应打开旁路阀2吗，以避免入口端负压严重。为了减少阻力损失，对大型压缩机，往往不用控制吸入阀的方法，而用调整导向叶片角度的方法。图2.5 分程控制方案2控制旁路流量 在丙烯氨氧化反应中采用控制旁路流量，它和泵的控制方案相同见图2.6。对于压缩比很高的多段压缩机，从出口直接旁路回到入口是不适宜的。这样控制阀前后压差太大，功率损耗太大。为了解决这个问题，

28、可以在中间某段安装控制阀，使其回到入口段，用一只控制阀可满足一定工作范围的需要。 图2.6 控制压缩机旁路方案3调节转速压气机的流量控制可以通过调节原动机的转速来达到，这种控制方案效率最高，节能最好，问题在于调速机构一般比较复杂，没有前两种方法简便。72.5.3换热器的控制方案换热器的目的是为了使工艺介质加热(或冷却)到某一温度，自动控制的目的就是要通过改变换热器的热负荷，以保证工艺介质在换热器出口的温度恒定在给定值上。当换热器两侧流体在传热过程中均不引起相变化时，可采用几种控制方案。1控制热载体的流量图2.7表示利用控制载热体流量来稳定被加热介质出口温度的控制方案，从传热基本方程式可以解释这

29、种方案的工作原理。若不考虑热损失，则热流体失去的热量该等于冷流体获得的热量。改变载热体流量是应用最为普遍的控制方案，多适用于载热体流量的变化对温度影响较灵敏的场合。如果载热体本身压力不稳定，可另设稳压系统，或者采用以温度为主变量、流量为副变量的串级控制系统如图2.8所示。图2.7 改变载热体流量控制温度图2.8 换热器串级控制系统2控制热载体旁路流量在丙烯氨氧化反应过程中采用控制载热体旁路流量，当载热体是工艺流体，其流量不允许变动时，可采用图2.9所示的控制方案。这种方案的工作原理与前一种方案相同，也是利用改变温差Tm的手段来达到问百度控制的目的。这里，采用三通控制阀来改变进入换热器的载流体流

30、量与旁路流量的比例，这样既可以改变进入换热体的流量，又可以保证载流体总流量不受影响。这种方案在载热体为工艺组要介质时，极为常见。旁路的流量一般不用直通阀来直接进行控制，这是由于在换热器内部流体阻力小的时候，控制阀前后压降很小，这样就使控制阀的口径要选的很大，而且阀的流量特性容易发生畸变。图2.9 用载热体旁路控制温度3控制被加热流体自身流量如图 2.10 所示，控制阀安装在被加热流体进入换热器的管道上。被加热流体流量越大，出口温度就越低，因为流体流速越快，与热流体换热必然不充分，出口温度一定会下降。这种控制方案，只能用在工艺介质的流量允许变化的场合，否则可考虑采用下一种控制方案。4当被加热流体

31、的总流量不允许控制，而且换热器的传热面积由余量时，可将一小部分被加热流体由旁路直接流到出口处，使冷热物料混合来控制温度，如图2.11 所示。这种控制方案从工作原理来说与第三种方案相同，即都是通过改变被加热流体自身流量来控制出口温度的，只是在改变流量的方法上采用三通控制阀，改变进入换热器的被加入介质流量与旁路流量的比例，这一点与第二种方案相似。由于此方案中载热体一直处于最大流量，而且要求传热面积有较大的裕量，因此在通过换热器的被加热介质流量较小时，就不太经济。图 2.10 用介质自身流量控制图 2.11 用介质旁路控制温度2.5.4整体控制方案整体控制方案如图2.12所示（至有反应部分不包含回收

32、和精制部分）。图2.12丙烯腈装置整体控制方案2.6丙烯氨氧化反应的安全生产和“三废”处理2.6.1安全生产丙烯氨氧化反应属于强放热反应，而且丙烯腈生产中的原料和得到的产品大部分都具有易燃，易爆，有毒和具腐蚀性的特点，操作人员在生产中要注意防毒，防火和防爆。由于氢氰酸，丙烯腈等腈化物均有剧毒，在生产过程中，必须做好安全防护。可燃性气体与空气或氧气混合，在一定浓度范围内遇到明火，静电火花或者高温会发生爆炸，可燃物浓度低于爆炸极限下限或者高于爆炸极限上限都不会引起爆炸。2.6.2废水处理纵观全流程，可以知道有两股废水，一股是从急冷塔下部排出，另一股是从萃取塔下部排出。 对于急冷塔废水，其内主要含有

33、催化剂聚合物渣滓和丙烯酸，以及少量的CAN和AN等，这股废水首先要经催化剂沉降槽，分离出催化剂后，进如焚烧炉处理。产生的能量供工艺流程使用。 对于萃取塔废水，其内部主要含聚合物渣滓和轻有机物。可以用蒸发器处理，大部分净水可回收使用，少部分用汽提塔脱除轻组分后，用生化方法处理废水。2.6.3废气，废渣处理流程基本不产生废渣，唯一的废渣来源就是活性已无法满足工艺要求的催化剂，一般催化剂的寿命为两年左右，废催化剂可回收做其他用途。 另外，产生的废气主要是CO2，有必要的话可以用碱液吸收处理。3 丙烯腈装置计算机控制系统配置3.1仪表选型3.1.1温度测量仪表选型在化工生产中，温度的测量与控制有着重要

34、的作用。任何一种化工生产过程都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的交换和转化，其中最普遍的交换形式是热交换形式。丙烯氨氧化反应在空气预热器中与流化床反应器出口物料进行热交换，预热至300摄氏度左右，所以需采用温度计（测量600摄氏度以下的测温仪表）可以选用热电阻，测量精度高，便于远距离，多点，集中测量和自动控制。但不能测高温，需注意环境温度的影响。3.1.2压力测量仪表选型在化工生产中，压力是重要的操作参数之一，特别在化工，炼油等生产过程中。丙烯氨氧化反应中需将空气经过压缩机加压到250千帕左右，可以选取弹性式压力计。这种仪表具有结构简单，使用可靠，读数清晰，牢固可靠，价格低廉，测

35、量范围宽以及有足够的精度等优点。是在工业中应用最为广泛的一种测压仪表。3.1.3流量测量仪表选型在化工和炼油生产过程中，为了有效的进行生产和操作控制，经常需要测量生产过程中各种介质（液体，气体和蒸汽等）的流量，以便为生产操作和控制提供依据。在丙烯氨氧化制丙烯腈反应中需控制丙烯和氨的流量，应采用漩涡流量计。漩涡流量计又称涡街流量计。它可以用来测量各种管道中的液体，气体和蒸汽的流量，是目前工业控制，能演计量及节能管理中常用的新型流量仪表。漩涡流量计的特点是精确度高，测量范围宽，没有运动部件，无机械磨损，维护方便，压力损失小，节能效果明显。83.2执行器选型执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分。

36、它的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器按其能源形式可分为气动、电动、液动三大类。根据气动执行器用压缩空气作为能源、其特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维护方便、防火防爆，而且价格较低，因此广泛的应用于化工、炼油等生产过程中。它可以方便地与气动仪表配套使用。即使是采用电动仪表或计算机控制时，只要经过电-气阀门定位器将电信号转换为0.02-0.1Mpa的标准气压信号。电动执行器的能源使用方便，信号传递迅速，但由于它结构复杂、防爆性能差，故较少应用。液动执行器在化工、炼油等生产过程中基本上不使用。9所以在丙烯腈装置

37、中采用气动执行器，气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量装置。在本设计中选用温州博恩自控阀门有限公司TBN系列气动执行器。ZXL型气开型新系列气动薄膜套筒调节阀是一种压力平衡调节阀。配用多弹簧执行机构，总体机构紧凑、重量轻、稳定性好。流体通道呈S流线型、压降损失小，允许压差大，噪音小，流通能力大。广泛应用于精确控制气体、流体、蒸汽等介质工艺参数如压力、流量、温度、液位

38、保持在给定值。特别适用于允许流量大、压差大，泄漏量要求不高的场合。采用平衡式阀芯结构，轴向平衡力小，允许压差，稳定性好。套筒互换性强，拆装方便，容易维修。全金属阀芯结构适用多种工作场合，达到IV级泄漏标准，ZXMO型软密封结构阀芯达到VI级泄漏标准，ZXMQ型软密封结构阀芯达到VI级泄漏标准。3.3 DCS型号选择丙烯腈装置采用的分散控制系统（DCS）是日本横河生产的 CENTUM CS-3000，系统主要有现场控制站（I/O 站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站 OPS、工程师站 ENS）、机柜、电源等，其组成见图 3.1示意。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。通过 D

39、CS 对工艺过程进行集中控制、监测记录和报警。装置的主要操作参数均引入控制室，由 DCS 进行实时控制，完成数据采集、信息处理、过程控制、安全报警等系统功能，对影响装置正常操作或产品质量的工艺参数在中央控制室内均设置越线报警。10图 3.1 DCS结构示意图4 监控设计系统及实现4.1组态软件的介绍基于工控机的分布式控制系统的软件设计方案基本有两种：一种是利用高级语言visual Basic、visual c+等开发环境进行控制软件的开发；一种是购置商业的控制软件开发系统,在这种环境下开发的控制软件为组态软件。三维力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件,根据其最大的特点是

40、能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成,它提供了良好的用户开发界面和简洁的工程实现方法,只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”,便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,缩短了自动化工程师的系统集成的时间,大大的提高了集成效率。所以本设计采用力控组态软件对监控层进行组态设计。11力控软件包括:工程管理器!人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序/控制策略生成器以及各种网络服务组件等。 (1)工程管理器(project Manager)工程管理器用于创建工程!工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。(2)开发系统(Draw)开发系统是一个集成环境,

41、可以创建工程画面,配置各种系统参数,启动力控其它程序组件等。(3)界面运行系统(view)界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面,脚本、动画连接等工程。(4)实时数据库(DB)实时数据库是力控软件系统的数据处理核心,构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。(5)I/O驱动程序(I/OSERVER)I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信它将I/O设备寄存器中的数据读出后,传送到力控的数据库,然后在界面运行系统的画面上动态显示。(6)网络通信程序(NetClient/NetServer)网络通信程序采用TCP/IP通信协议

42、,可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。(7)通信程序(PortServer)通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控在两台计算机之间,使用RS232C接口,可实现一对一(1:1方式)的通信；如果使用RS485总线,还可实现一对多台计算机(1:N方式)的通信,同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。(8)Web服务器程序(Web Server)Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。(9)控制策略生成器(StrategyBuilder)控制策略生成器是面向控制的新一代软

43、件逻辑自动化控制软件,采用符合ECll31一3标准的图形化编程方式,提供包括:变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块,内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口,可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控的其它程序组件可以无缝连接。其力控组态软件如图4.1所示。12图4.1 力控组态软件4.2监控级组态程序设计 丙烯腈生产过程自动控制系统是三级监控模式,网络监控级主要面向总工程师等高级技术管理者；上位监控级主要面向操作人员,完成对下位机的监控、数据管理、报警处理等功能；下位机控制级面向生产过程,

44、完成对丙烯腈生产过程的温度、压力、流量等信号的采集及过程控制等,并将数据时时传送给监控级,同时将处理后的结果或开关量输出至外部仪表。自动控制系统的硬件结构一旦确定,软件设计就将决定系统功能的强弱。13监控级的软件设计是在三维力控PCAuto3.6开发环境下进行的。根据控制系统的实际配置与工艺要求,上位工控机的主要任务是与控制级进行通讯,分配任务给下控制级,以达到开关量控制、状态显示、模拟量控制和数据存储等目的,具体设计要求如下：(1)实现设备运行状态的动态工况显示及设备运行控制。(2)实现现场数据的实时监测和趋势显示。(3)实现工艺运行和工艺参数的精确控制。(4)实现各种数据的存储及历史运行数

45、据查询。(5)实现报警处理。(6)实现远程监控。4.3监控界面设计根据以上软件设计要求,设计出主界面模块、历史报表模块、实时曲线模块、报警报表模块、远程监控模块、五大部分,图4.2为监控级软件结构图。图4.2 监控级软件结构图4.3.1主界面设计主界面是监控软件的初始画面,调用数据处理模块、通讯模块等,实现丙烯腈生产过程的动画显示,控制各设备的运行状态,显示工艺参数的情况,并连接其它控制界面。其中有主界面模块、历史报表模块、实时曲线模块、报警报表模块、远程监控模块，点击鼠标左键即可进入。如图4.3主界面设计所示。图4.3 主界面设计4.3.2历史报表界面设计数据报表是工业生产中不可缺少的统计工具,它能将生产过程中的各类信息如：生产数据、统计数据以直观的表格形式进行反映,为生产管理人员提供有效的分析工具。历史报表从数据库中按照一定的采样方式获取一个或多个点的历史数据,以表格的形式显示出来,历史报表可以使用相关函数查询指定时间段的历史数据进行显示。图4.4是历史报表界面。图4.4 历史报表界面4.3.3实时曲线界面设计实时曲线是根据实时数据库中的数据随时间变化而绘出的二维曲线图。实时曲线引用的变量必须是数据库型变量,并且这些数据库型变量所连接的数据库点参数必须指定实时数据。图4.5是实时曲