和利时公司DCS系统在三聚氰胺装置中的应用
三聚氰胺,别名氰脲酰胺或蜜胺（Melamine），产品外观为白色晶体粉末，略带甜味、无毒、呈弱碱性，能与酸反应生成相应的盐。三聚氰胺是一种应用广泛的化工中间体，主要用作高档塑料、涂料、粘合剂、助剂（纸张、皮革、纺织、塑料、混凝土、阻燃剂等）的基础原料。三聚氰胺甲醛树脂具有硬度高、耐刮痕、防潮、防水、防霉、耐电弧、耐油、耐老化、无毒、无臭、不受弱碱和有机溶剂影响、着色鲜艳、加工容易（普通模压法和传递模塑法）等特点，在日常生活用品（如餐具、玩具等）、电器配件、汽车配件等方面有广泛用途。
国外三聚氰胺生产工艺大多数以技术开发公司命名，如巴士弗法（BASF Process）、林茨化学法（Chemical Linz Process）、鲁奇法（Lurgi Process）、联合信息化学公司化学法（Alied Signal Chemical ）、新日产法（Nissan Process）、斯塔米卡朋法（即DSM法）等。这些生产工艺按合成压力不同，可基本化分为高压法，底压法和常压法三种三聚工艺。目前世界上技术先进、竞争力较强的主要有日本新Nissan和意大利Allied-Eurotechnica的高压法，荷兰DSM低压法和德国BASF的常压法。
本方案采用的是低压尿素一步法工艺。它是采用尿素为原料，经过熔融、洗涤、反应、结晶、过滤、成品包装等步骤，尾气经尾气回收后返回尿素车间，既
节省了能源，又减少了污染。
一、三聚氰胺工艺过程简介
1．主装置流程
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工艺流程图
尿素颗粒 三聚氰胺 去尾气 V101 T102 C102 V103 R201 V301 R301 V304 V503 尿素熔融槽 洗涤塔 压缩机 载气分配罐 反应器 热气过滤器 结晶器 旋风分离器 成品料仓
工艺流程简介
固态尿素靠输送风机送入尿素熔融槽V101加热熔融后，进入尿素洗涤塔T102，而后由泵送入反应器R201进行反应，一部分返回T102顶部和来自V304的工艺气进行洗涤。T102内产生的工艺气经分离后，一部分去结晶器R301作为结晶冷气；另一部分进入压缩机C102，压缩至0.15MPA后进入载气分配罐，一部分去尾气，一部分作为反应器R201的载气。R201内熔融尿素在催化剂的作用下进行反应，生成的三聚氰胺气体混杂着NH3、CO2等杂质进入热气过滤器V301A、B进行杂质过滤，然后进入结晶器R301把三胺结晶成固态，再进入旋风分离器V304进行气固分离，最后进入成品料仓V503进行成品包装。
2尾气部分流程
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工艺流程图
T702 尾气 T601 L101ABC E708C T701 E708B V601 E708A T704 T703 V602 V701 V704ABC
工艺流程简介
由三聚氰胺主装置来的尾气首先进入三级非平衡吸收系统，把大部分氨和少部分CO2吸收进吸收液，，流入吸收液储槽V701。
未被吸收的气体进入洗涤塔T601，由来自中压分离系统的解吸液进行洗涤。塔釜的液体进入三级吸收液储罐V606。
非平衡系统送来的吸收液进入碳分离塔T703，大部分CO2被解吸进入气相，由塔顶排入大气，吸收液进入解吸塔T701。解吸塔T701中用蒸汽把氨和CO2都加热成气态，然后经分凝器进行冷凝，冷凝液进入吸收器E708B，气体流入吸收器E208A。气体依次流过E708A、E708B、E708C、氨精馏塔T702，液体则逆向由T702塔顶流入，依次流过E708C、E708B、E708A进入V705。从T702塔顶流出的氨气冷凝后流入液氨储罐V704。未被冷凝的气体流入惰洗塔T704，用由塔顶流入的解吸废水洗涤，塔釜液体大部分流回T704中部，小部分作为精馏塔T702的回流液。解吸塔T701解吸废水一部分送往T703和T704，另一部分返回T601，多余的解吸废水排放。
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3 仪表I/O清单
I/O清单： 序号 1 2 3 4 5 6
类型 AI（4~20mA） AO(4~20mA) DI DO PT100 热电偶 数量 220点 72点 90点 45点 150点 44点 二 系统配制 1系统配制图
（工程师站）操作员站OP2OP1操作员站操作员站OP3OP4打印机3米15米5米5米5米SNET---100M以太网10米安全栅柜10米扩展柜继电器柜11#10#11#网络结构图
2系统配置说明
整套装置DCS系统通常配置3个操作员站、1个工程师站、2台冗余现场控制站。78个I/O 模块， 其中操作员站，服务器，网络，电源和重要I/O模块冗余配置。
服务站主要负责对域内系统数据的集中管理和监视，包括：报警、日志、
等事件的捕捉和记录管理，并为域内其他各站的数据请求（包括实时数据、时件信息和历史记录）提供服务和为其他域的数据请求提供服务。 工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图
形、控制算法、报表的组态，参数配置，操作员站、服务站、现场控制
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站及过程I/O模块的配置组态，数据下装和增量下装等。
操作员站进行生产现场的监视和管理，包括：工艺流程图显示，报表打
印，控制操作，历史趋势显示，报警管理等。
现场控制站又称I/O站，是系统实现数据采集和过程控制的重要站点，
主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送到系统服务器等功能。
现场控制站由主控单元、智能I/O单元、电源单元和专用机柜四部分组
成，在主控单元和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软件。
现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制
站的主控单元，冗余配置。主控单元通过控制网络（CNET）与各个智能IO单元实现连接。
系统采用FM1系列I/O模块及DP主站组成现成控制站，采用ProfibusDP
现场总线技术，构成先进的、可靠的DCS分布式控制系统。I/O模块和底座组成现场模块单元（FMU），在现场总线控制系统中成为DP从站。现场控制站主要由I/O模块、底座、电源模块、终端匹配器、DP主站接口卡组成。 系统网络构架
系统的网络由上到下分为、系统网络和控制网络二个层次，系统网络实现工程师站、操作员站、打印服务站，现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯。
系统网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统的网络的拓扑结构为星型，中央节点为服务器。
系统网络(SNET)由100M工业以太网构成，用于工程师站、操作站、
系统服务器与现场控制站、通信控制站的连接，完成现场控制站、通讯控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。
控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成，用来实现过程I/O模
块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通
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讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。
三、主要控制方案
三聚氰胺系统的控制回路比较简单，主要包括单回路控制65套、串级控制回路8套、前馈反馈控制一套、两冲量控制一套。 1.前馈反馈控制：
前馈控制的概念是测取进入过程的干扰，按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在给定值上。使它与反馈控制结合，使控制系统更加稳定。
三聚氰胺系统在投料的控制上采用了此控制。投料量FI0202做为干扰信号，控制系统压力PI0119。方块图如下：
前馈 补偿器 FI0202 前PID参数 馈 o 开 o 手动值 关 SV DV o MV + ○ PIC0119 ○ o o ○ PV0119 PV 手/自动开关 + 2.冲量熔盐汽包液位控制
PID 参数 PID参数 手动值 SV DV o o MV ○ PIC0119 o o ○ FI4101 o o FI4101 LI PV 串级开关 手/自动开关 - 6 -
3.热气过滤装置的反吹控制。
该操作单元的任务是除去尿素在高温分解生成三聚氰胺过程中产生的副产物（即高温点副产物）-----蜜勒胺、蜜伯胺未分离下来的催化剂细粉。这些副产物直接关系到最终产品的质量和装置的运行周期，因此对这一工段中三通阀的灵敏度、泄漏量以及控制系统在处理反吹时间、间隔时间均有严格的要求。同时在工艺上对反吹氨气的压力、温度也有要求：如果反吹氨气压力过高会吹坏滤袋影响产品质量，压力过低结在过滤网的副产物吹除不掉而影响运转周期；如果反吹氨气温度过低会加速副产物结晶同样会影响运转周期。通过对上述要求深入研究，利用SmartPro的 SFC功能实行自动反吹，避免了人工手动操作的随意性。每套过滤器有6组过滤网，每组过滤网反吹时间和反吹间隔时间根据工艺状态可以调整。通过在川化的应用取得了很好的效果。
4.串级控制
用在尿素浓缩工段的一、二段蒸发分离器液体尿素温度与一、二段蒸发器蒸汽压力进行串级调节，保证了尿素浓缩工段的平稳运行，使三胺工段的原料得到了可靠保障。（如下图）
5分程控制
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用于熔盐贮槽氮气密封系统。尿素分解生成三聚氰胺是吸热反应，所需热量由熔盐系统供给。熔盐是由硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾按特定比例组成的混合物（重量比为40％：7％：53％），熔点为142℃，工作状态为液相，温度430℃～440℃。为了防止熔盐氧化而出现组份变化，必须用氮气进行密封隔离。正常时用A阀（气闭阀）进行自动调节使熔盐贮槽的氮气压力稳定在0.01Mpa，而B阀（气开阀）处于关闭状态；当熔盐贮槽压力超高时A阀逐渐关闭B阀逐渐打开，直至熔盐贮槽压力稳定在0.01Mpa。（如下图）
6.机防喘振控制与主轴推力、轴向位移和径向振动联锁保护
三聚氰胺装置中采用离心式压缩机作为工艺气体循环设备,它是装置的心脏. 离心式压缩机具有体积小、流量大、运行效率高、气量可控范围广等优点在石化行业得到广泛应用，但它也有因工况变化极易发生“喘振”缺点。因此，离心式压缩机的防喘振控制和联锁保护显的特别重要。 压缩机防喘振控制:
“喘振”是离心式压缩机的固有特性，通常有两种控制方案：固定极限流量防防喘振控制和可变极限流量防喘振控制。在三聚氰胺装置采用固定极限流量防固定极限流量防喘振控制方案。在一般情况下，负荷的减小是压缩机喘振的主要原因，因此，要保证压缩机不出现喘振，必须在任何转速下，通过压缩机的实际流量都不小于喘振极限线所对应的极限流量Qp,根据这个基本思路，可采取压缩机的循环流量法。即当负荷减小时，采取部分回流的方法。而回流的大小既要保证压缩机不进入喘振区，又不能减小流化床反应器的最低气速。在DCS组态充分利用其灵活性：当Q＜Qp时，让FIC-302处于自动跟踪状态，选择合适的跟踪量点，既满足了工艺的要求，又防止了喘振的出现。（如下图）
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四、联锁控制
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
内容 主装置压缩机C102开停车联锁 主装置压缩机C102启辅泵联锁 鼓风机停车联锁 鼓风机启辅泵联锁 循环风机停车联锁 系统压力联锁 V105液位高低联锁 过滤器反吹电磁阀程序控制联锁 熔盐炉点火联锁 尿素投料联锁 反吹氨罐压力联锁 尾气解吸塔塔釜压力温度高联锁 五 工程实例
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