离子膜电解DCS 控制在化工生产中的性能优化研究

化工企业的生产规模随着经济的飞速发展不断扩增，设备装置在生产中都有了较大的转变，与旧设备相比，新型设备装置在设备性能方面有了极大的提高。采用先进技术的设备被大量引进到化工生产中，减少了人力资源的使用，降低了生产维修成本，提高了设备在生产中的故障率。随着科学技术的发展，化工生产中的多个方面实现了设备的机械化、自动化、智能化，其中离子膜电解 DCS 控制系统在化工生产中重要性越来越显著，为企业的发展提供了无限的机遇，是企业降产增效控制方式的一种，成为未来企业发展壮大的助推器。

一、离子膜电解DCS 控制系统功能简介

1.1 DCS 控制系统核心技术原理

离子膜电解 DCS 作为常见的自动化控制系统，是化工生产中核心工艺的关键。核心技术原理主要由分布式架构、可靠性设计、实时数据库三大板块组成，其中分布式架构通过中央系统将原本位于生产现场控制站和 DCS 操作站紧密连接起来。现场控制站主要由外操人员使用，它把设备参数的实时数据处理分析后采用直观方式反馈给外操人员，使其依靠工艺分析的结果采取下一步操作。DCS 操作站主要由管理人员使用，它将各工序的实施工艺状态收集返回，方便管理人员了解生产的实时状态，以便作出决策。通过这种模式实现了“危险分散、集中管理”，确保局部错误不影响整体系统，达到一体化控制生产系统的目的；可靠性设计主要目的在于通过关键部件 : 控制器、通讯网络、电源的精尖设计，在满足离子膜电解工艺的同时还满足了生产通用性的要求。

1.2 辅助管理功能

离子膜电解 DCS 控制系统是一个能够进行控制的网络，主要由监控、控制两部分组成，能够对化工生产过程中的各个工序进行操盘监控。它有强大的数据储存、处理能力，其存储容量达 5000000TB，数据整理分析响应时间为 1 秒，这使其能够及时处理生产所存储的各种生产数据，同时能够对数据进行特定的分析，向生产管理人员提示生产中存在问题的同时给出优化方案，从而对生产提供具有改进性的建议，帮助管理人员对生产进行分析、判断、决策。例如，可以通过利用统计过程控制工具自动计算生产过程中的关键参数并绘制控制图，识别过程中出现的异常趋势，并及时对生产参数进行具有时效性的能效分析。

1.3 实时工艺参数修正

离子膜电解 DCS 控制系统通过个体有针对性的程序，提供个性化服务，对整个生产过程进行实时监控，收集生产设备、仪器产生的数据，并将数据转化为 3D 效果的图像，通过动画方式向人们展现，从而帮助管理人员根据采集的生产工艺参数，根据实际情况适当调整工艺参数对生产数据进行微调，尽可能降低生产过程中偏差情况出现，进一步提高产品合格收率。在生产实例中，这一修正系统可以保障操作员依据实时数据和趋势，对温度、压力、流量、液位、浓度等参数进行精细化调节，确保工艺运行在最优部分，避免了因液位过低、超温、超压等原因导致的工艺事故。

二、离子膜电解DCS 控制在化工生产中的性能优化研究

2.1 温度、液位控制

现代化工生产中容器内液体的温度、液位在生产中起着重要作用。容器内液体的温度、液位控制不当，会严重影响产品质量，甚至危及人身安全。离子膜电解 DCS 控制系统通过临界比例度法、衰减曲线法等 PID 参数整定方法，使系统中安装的高精度的电阻对生产过程中温度可以进行准确感知，通过精密元件实现温度控制，对过高或过低温度进行提示，便于操作人员及时调整，降低异常情况的发生概率；系统中的液位控制系统，通过对容器内液位精准测量，用数字形式将液位的具体数值显现在 DCS 画面上，当容器内液位临近设定液位的上限时，控制系统会发出提示信号，方便操作人员通过阀位调节对容器内液位进行控制，降低生产过程中发生事故的概率，很大程度上节约了生产成本。

2.2 电气设备控制

化工生产中广泛使用反应釜、泵等电气设备，离子膜电解 DCS 控制系统通过对设备的电压、电流、温度、噪音、功率等进行不间断监控，使反应釜、泵等电气设备的运行长时间保持一个持续、稳定状态，及时、准确提醒操作人员、

管理人员注意电流、电压出现异常的设备，并能够在设备出现异常的第一时间内启动断电保护，使设备停止运行避免设备损失。

2.3 联锁控制应用

离子膜电解 DCS 控制系统利用计算机和网络系统对生产过程中的设备进行整体控制。通过联锁控制来对现场设备进行保护，是一种有效的维护设备的有效手段，当达到临界条件时通过采取适当的保护手段，如打开或者关闭电磁阀动作等，自动化的运用计算机系统就可以完成。离子膜电解 DCS 控制系统中有一套由液位参数联锁的控制系统，该套联锁控制系统投入时，当容器内液体液位处于设定的下限 a 时 ，系统的触点开关闭合，停止运行电力设备 ；当容器内液体液位处于设定的上限 b 时，系统的触点开关闭合，电力设备停止运行，同时，通过DCS 系统发出停止信号。而在针对离子膜电解工艺的高风险环节（如电解槽、氢气处理系统），DCS 控制系统则采用多变量协同判断策略，当出现单槽压差过高或过低或氢气压力、氯气压力、阴阳极压差异常情况时，则会触发电解槽紧急停车联锁，通过切断整流器电源并自动开启阴极循环槽处氮气阀来置换氢气，并自动打开去事故氯处理装置阀门吸收事故氯气，减少氯气泄漏风险；而在出现阴极循环槽循环泵跳停时，DCS 系统通过自动启动至备用泵以确保入槽循环量正常，防止电解槽断流，与此同时触发警报并推送至操作站。

2.4 安全保护应用

安全保护应用是离子膜电解 DCS 控制系统中级别最高的保护措施，它通过系统中大量的精密元件自身强大的数据信息处理、判断能力，赋予紧急停车系统对化工生产中的异常状态的设备鉴别为临时异常状态或临时停产状态，最大程度提高安全性。离子膜电解 DCS 控制系统的安全设计严格遵循 IEC 61511 标准，通过故障树分析和安全完整性等级评估构建科学的安全架构，以确保控制系统具有主动风险抑制和异常预警的能力，并具备失效自我诊断能力，将生产事故概率降至最低水平。

三、结论

离子膜电解 DCS 控制系统在化工生产中应用广泛，本文仅对离子膜电解DCS 在化工生产中的温度和液位控制、电气设备控制、联锁控制、安全保护等方面的性能优化进行了简单研究，希望离子膜电解 DCS 控制的性能优化得到更多研究，更好促进化工行业的发展。

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作者简介：李海林（1994.09--）男，辽宁省凌源市，助理工程师，主要从事离子膜电解DCS 操控方面。