电石生产全流程一体化控制与优化

赵钦

摘要:电石是指电石、PVC、醋酸乙烯、BDO、石灰氮等生产原料，也可用于焊接等领域，是重要的化工原料。电石生产是危险化学品生产过程中的两个关键环节。在电石生产中，企业应尽量减少人工操作，利用控制系统实现生产过程的智能化控制，准确调整关键参数，提高生产安全性。

关键词:电石生产；整个过程；集成控制；优化

1电石生产过程控制问题

1.1电石生产原理

电石的生产是由一个封闭的电石炉进行的，它是矿石加热炉的一部分。生产原理如下:通过电极到电石炉，电石炉中的电流将电流和电弧转化为热能，提高电石炉的温度，在电石炉中加入石灰和碳粉、焦炭和碳原料，电石在高温下发生反应。

1.2生产控制问题

虽然集散式控制系统(DCS)的应用取代了电石生产过程的人工控制，但它可以实时监控和调整生产参数，实现设备的联锁保护，有助于提高生产质量和安全性。但控制系统仍存在一些缺陷，需要配合人工操作。具体问题如下:(1)响应不及时。在集散控制系统中，电石生产的原料成分不能及时得到，配料速度慢，电石炉生产效率降低。在人工操作配料时，会增加劳动强度，增加成本，威胁员工的健康。(2)电极升降问题。电石生产过程中，三相电流之间存在非线性耦合关系。根据电石炉内电极的耦合关系和深度，控制电极的升降，使电极的电流和功率保持稳定状态。但在实际生产控制中，集散控制系统无法控制电极升级，主要由工作人员根据自己的工作经验进行控制。易出现电极吊装不及时、不合理等问题，影响电石的质量和产量，增加生产中的能量损失。(3)电极放电问题。在电石生产中，工人根据电石炉的操作条件、操作负荷和电极长度，设定电极压力和放电次数。电石的电极长度等参数由工人测量，容易产生偏差，导致电极卷曲次数不合理，影响电石的生产。(4)智力问题诊断。集散控制系统不能根据电石炉的电能和电气参数进行综合分析，不能及时发现电石炉装置的故障。需要人工操作来帮助监测和控制操作故障，智能化程度低。

2电石生产全过程的集成控制与优化

以某企业电石生产过程控制为例，总结了电石生产全过程的集成控制模式，针对上述生产控制问题，提出了集散控制系统的优化建议。生产装置为三相闭路循环电石炉。技术人员引入APC-SUITE软件对生产控制系统进行优化。

2.1批处理控制

针对集散控制系统不能及时响应配合比的问题，电石生产采用人工配合比方法，工作强度高，受人为因素影响，容易出现配合比误差。为了解决这一问题，技术人员采用APC套件软件实现配料的自动控制。在电石生产过程中，APC控制系统可以获取进料仓和刮板的参数，并根据进料条件和进料仓的配比需求进行进料仓的布置，然后根据标准设定的配比系统和喂本的水平的要求,每一本的配料数量计算,配料量信号传输到批处理系统,并根据批处理批处理系统使精确的数量要求。在刮板故障诊断和维护过程中，如果刮板参数出现异常，APC控制系统将自动执行应急计划，调整料仓，保证配料系统正常运行和电石原料的持续供应。

2.2电极升降控制

为解决电极升降问题，APC控制系统配备电极升降控制器，对三相电极进行精确控制，提高电极工作的稳定性，使电石生产更加稳定，产品质量一致。在细化方面，电极提升控制器可以结合电石炉的运行情况计算电压、电流等参数，分析三相电极之间的耦合关系，了解电极的规格参数，总结电石炉运行过程中电极长度的变化，计算三相电极的提升要求，自动完成控制工作。同时，在实施优化改进措施之前，操作人员应充分监控和记录生产参数，并根据记录的数据分析电极提升装置的调整方案。电石炉电极齿轮的调整容易产生误差，从而导致电极电流的变化，影响电石炉的稳定性。该APC控制系统可以监控电石炉的生产负荷，改变生产条件，自动调整三相电极的档位，使电石炉能够在安全的环境中保持高负荷运行，避免干扰因素的影响，提高齿轮调整的合理性，进而降低运行能耗，提高生产效率。

2.3电极压力释放控制

为了解决电石生产控制中的电极放电问题，技术人员采用APC系统测量电极长度，自动提升负载，控制结果，设置电极放电次数，自动完成电极放电操作。在电石炉电极长度的测量中，APC控制系统可以根据监测到的电石炉炉况数据，计算出电石炉在不同工况下的电极消耗率。采用偏最小二乘法对电耗率数据进行处理，并对电极长度进行估计。然后停炉，手动测量电极长度。根据估计值与人工测量值的差异，对偏最小二乘算法模型进行了修改，使电极长度的估计结果更符合生产实际情况，实现了电极长度测量的自动控制。为电极压力和放电周期的计算提供了依据。在自动升装中，APC控制系统内置了18种炉流量，每个炉流量程序都配置了相应的原理，自动完成升装操作，避免了人为因素影响升装参数，降低了工作人员的工作强度，智能控制。负荷自动提升后，APC控制系统可自动切换到生产模式，控制电石炉，实现高效生产。

2.4净化系统控制

针对电石生产的智能化诊断，APC系统加强了对净化系统的控制，优化了炉膛压力、温度等参数，避免了电石炉的运行故障。通过对粗鼓风机的控制，可以实现炉膛压力的优化调节。利用APC Suite软件的仿真预测功能，对电石炉炉膛压力和过滤器出口压力的变化进行评估，并对粗风机的运行参数进行调整，为电石炉创造一个稳定的运行环境。当发生塌料时，APC控制系统可以调整粗网风机的参数，在短时间内将炉膛压力降至合理范围，缩短锅炉出口负压。在细化方面，控制参数为炉膛压力，影响因素为风机净出口压力。在网风机的控制中，控制参数为过滤器出口压力，影响因素为负压倒计时和炉膛压力。APC控制系统能有效避免因素的影响，准确调整过滤器出口压力。通过过滤器入口温度控制，达到最佳温度调节。电石炉在运行过程中，如果过滤机入口温度超过标准值，APC控制系统根据监控的炉压来调整转速，使温度在短时间内降至合理范围，然后提高齿轮位置，恢复了运行负荷的正常运行状态，实现了智能控制和运行调试，保证了电石炉的稳定安全运行。

2.5优化

采用APC控制系统后，电石炉的电石产量和各运行参数的稳定性有了明显的提高:(1)三相电极电流的标准偏差是减少超过70%,标准差的阻力减少60%以上,电力的标准差是减少超过66%；(2)电极的长度,70%的测量误差小于100毫米,70%的测量误差小于150mm,90%的测量误差小于200mm；(3)在不同炉况下，炉压标准差降低40%以上；(4)在不同炉况下，过滤机进口温度和压力的标准差降低40%以上。同时，在采用APC控制系统进行优化改进前，平均日产气量为282.83L/kg，产气量之间的标准差为14.13。采用APC控制系统优化改进后，日平均产气量为295.1l/kg，产气量之间的标准差为1.2，平均值提高，标准差显著降低，生产效率提高。

3结论

电石生产中dcs的智能化水平不足以满足智能化和安全性的要求。根据本文的分析，电石厂家可以介绍APC-SUITE软件、配置材料、电极提升、电极压力放电、净化系统控制装置等。该控制系统可取代全部人工操作，实现电石生产全过程的全面控制，提高电石生产质量和产量。

参考文献

[1]马川.电石生产工艺过程的设计与优化[D].西安建筑科技大学,2018.

[2]王彤.电石生产自动化技术发展探讨[J].中国氯碱,2017(12):42-45.