精细化工自动化现状及发展2010.doc

精细化工自动化现状及发展2010.doc 精细化工自动化现状及发展 黄守胜 精细化工行业由于生产工艺的特殊性，限制了其自动化水平的快速发展。近十年来，各精细化工企业已经充分认识到提高自动化水平可实现稳产高产、提质降耗、产品开发、提高企业管理水平、增强产品和企业的市场竞争力，并加大了资金和精力的投入。 精细化工分类多，范围广泛，各个行业发展很不均衡，传统的精细化工行业如农药和医药中间体及成品自动化技术发展较快。自动化技术从常规的控制仪表到现在的数字化、智能化、专业化、网络化方向发展。随着计算机应用和自动化技术应用的不断普及，精细化工间歇生产过程的配方管理、曲线控制、顺序控制、联锁程序的成功投运越来越多，取得了稳产高产、提质降耗、方便产品开发和生产管理。各个农药及医药企业采用提高生产装置的自动化水平来增强企业市场竞争力，已成为企业主要任务之一。 一、 精细化工生产特点 精细化工生产过程多是典型的间歇生产过程，有其鲜明的生产特点: 1.品种多、批量小 由于精细化工产品应用面相对较窄，针对性强，特别是专用品和特制配方的产品，往往是一种类型的产品可以有多种牌号，新品种和新剂不断出现，因此品种多是精细化工的一个重要特征。精细化工产品寿命较短，销量较少，一般采用小批量生产，其投资规模都不大，基本上在数百万到一两千万。 2.技术密集度高、技术保密性强、专利垄断性强 精细化工是综合性较强技术密集型工业，需要多门学科知识的互相配合及综合运用，不断采用新技术、新工艺和新设备，及时掌握国内外情报，搞好信息贮存。在精细化工产品的生产过程中，各个企业通过自己的技术开发新品种、新技术并进行生产，并以此为手段在国内及国际市场上进行激烈竞争，因此，一个具体品种的市场寿命往往很短，其技术保密性强，专利垄断性强。 3.综合生产流程和多功能生产装置 多数精细化工生产流程一般较长，工序较多，但产品的需求量不大，故往往采用间歇式装置生产。现在生产工厂广泛采用多种综合生产流程，和制作用途广、功能多的生产装置以适应精细化工产品品种繁多、批量小的特点。但同时对生产管理和操作人员的素质，却提出更高的要求。 4.大量采用复配技术 为了满足各种专门用途的需要，许多由化学合成得到的产品，除了要求加工成多种剂型(粉剂、粒剂、可湿剂、乳剂、液剂等)外，常常必须加入多其他试剂进行复配。由于应用对象的特殊性，很难采用单一的化合物来满足要求，于是配方的研究便成为决定性的因素。采用复配技术所推出的产品，具有增效、改性和扩大应用范围等功能，其性能往往超过结构单一的产品。因此，经过剂型加工和复配技术所制成的商品数目，往往远远超过由合成而得到的单一产品数目。 5.投资少、利润大 1 精细化学品一般产量都较少，装置规模也较小，很多是采用间歇生产方式，其通用性强，与连续化生产的大装置相比，具有投资少、见效快、投资效率高。在配制新品种、新剂型时，技术难度并不一定很大，但新品种的销售价格却比原品种有很大提高，其利润较高。 二、精细化工行业自动化现状 精细化工的间歇生产过程与连续生产过程相比较，其自动化水平远低于连续生产过程。结合精细化工的工艺特点，当前精细化工行业内自动化技术呈现不同的特点: 1.行业间发展不均衡 我国精细化工行业，经过多年的发展，已有相当的基础和规模。传统的精细化工产品如染料、涂料、医药和农药、精细无机化工产品等基础较好，生产规模也较大，自动化水平较高。新领域精细化工产品如饲料添加剂、水处理剂、电子化学品、表面活性剂等自动化水平相当较弱。由于精细化工各个行业中，对自动化技术的认识、重要性以及普及程度不一样，导致行业间自动化水平有差距，但是精细化工行业中实力较强的企业自动化程度普遍较高，采用集散控制系统(DCS)或可编程逻辑控制器(PLC)，甚至采用现场总线控制系统(FCS)。而实力较弱的精细化工行业中大多数企业仍采用少量的就地仪表和手工操作。 2.地域分布不均衡 精细化工生产企业目前主要在经济较发达区域，采用化工园区方式发展，大部分企业集中在江苏、浙江、山东、上海、天津和广东等沿海地区。目前有精细化工的化工园区主要有上海化学工业园区、南京化学工业区、苏州(张家港)精细化工园区、泰兴化工园区、中国精细化工(常州)开发园区、杭州湾精细化工园区、沧州临港化工园区等。由于经济发达区域的各个精细化工企业之间有示范和辐射作用，其自动化程度明显高于经济欠发达区域。 3.加大自动化设备投入，减少维护工作，提高产品质量 自动化程度较高的精细化工企业为了减少维护工作，提高产品质量:一是加大现场设备的投入，如变送器、流量计、调节阀、切断阀、变频器等均采用质量可靠、信誉好的企业供货;二是取消二次仪表，普遍采用性/价比高的集散控制系统(DCS);三是生产过程普遍采用配方管理、程序化自动生产，以保证产品质量的稳定性。 4.特殊生产环境对自动化程度要求较高 有的精细化工生产过程中，原料、中间品、成品有毒或有腐蚀性以及存在易燃易爆等因素，则对检测设备、执行机构、控制设备等提出了更高要求，需要安全、可靠、稳定。这些特殊的生产环境必须采用高要求、高(如防爆、防腐蚀等)的自动化设备，以及完善的控制和可靠的联锁程序，控制系统需要采用集散控制系统(DCS)或可编程逻辑控制器(PLC)，甚至采用现场总线控制系统(FCS)，以确保生产环境安全、可靠、稳定。 5.自动化人才分布不均衡 由于精细化工自动化程度低于其他连续性化工行业，导致精细化工行业从事自动化技术人员相对较少。精细化工是间歇生产工艺，投资规模小，生产人员较少，而自动化技术人员就更少，特别是实力较弱的民营企业普遍存在没有自动化技术人员的编制，其自动化设备的维护保养主要靠设备供应商解决。而在实力较好的精细化工企业自动化水平较高，有专业的自动化设备维护队伍。 三、精细化工自动化技术动态 近十年来，随着计算机应用的不断普及和自动化新技术的不断出现一批国产控制系统主要有浙大中控技术有限公司研制的SUPCON JX-300X、WebField ECS-100集散控制系统、北京和利时系统工程股份有限公司研制的MACS系列控制系统、浙江威盛自动化有限公司研制的FB-2000系列控制系统，以及国外控制系统供货商如Honeywell、Fisher-Rosemount、 2 横河等。国产控制系统主要根据中国人的使用习惯和要求而开发的具有智能化、专业化的适合精细化工行业的控制系统，并且打造了一批高素质的自动化技术人才，在精细化工行业取得了较大的发展。 1、国产控制系统普及化 由于国内控制系统的不断成熟、性能更加安全可靠，性/价比大幅提高，价格比国外控制系统低廉，有的控制系统特别适合精细化工生产装置如浙大中控的SUPCON JX-300X特别适合中小型化工装置，系统可靠性好、功能完备、适应性强、软件简单易学，使用和维护方便，性/价比高，其主要技术指标已达到国际同类型产品的先进水平，工程技术服务质量好是许多精细化工企业的首选控制系统之一。目前，有非常多的精细化工企业选用SUPCON JX-300X:南通江山农药化工股份有限公司、湖北沙隆达股份有限公司、南京红太阳股份有限公司、江苏苏化集团有限公司、浙江新安化工集团股份有限公司、江苏常隆化工有限公司、山东大成农药股份有限公司、江苏扬州农药股份有限公司、上海黄海制药厂、华北制药集团、浙江医药新昌制药厂、蚌埠协力制药有限公司、广西南宁化学制药有限责任公司、华曙制药厂、石药集团中润制药(内蒙古)有限公司、杭州中美华东制药有限公司等。涉及精细化工行业有农药、医药、涂料、感光、黏合剂、催化剂、功能高分子材料等。 2.专业软件不断涌现 由于精细化工有的工艺条件的变化显著，某些参数的控制要求高以及各个企业自动化水平不同，各个控制系统供应商采用的应对措施也不一样，而浙大中控根据精细化工不同行业的工艺要求结合自动化技术，开发了专业的自动化应用软件:配方控制器、先进控制、多变量预估、模糊控制等。 在某产品的生产过程中，根据工艺要求需要对生产过程的温控曲线进行全部自动监控，结合升温、降温以及调节阀、切断阀等条件，采用先进控制算法编制的专用温度控制软件对不同的反应釜进行监控如图1所示。 T ? st0混合蒸汽升温保温加料升温蒸汽冷却水 图1 温控曲线及效果图 3.实行整体解决方案，提高企业的自动化水平 针对有些精细化工企业的生产装置没有正规的设计院进行设计、企业内部没有专业的自 3 动化技术人员、工艺要求不十分明确，国内有的控制系统供应商如浙大中控培养一批专业的、经验丰富的技术人员，成立了专业的精细化工自动化研究队伍，协助企业进行仪表的配套选型、控制系统的配置、测点清单、控制方案、联锁要求的整体技术解决方案处理，并进行优化控制，提高企业的自动化水平。这些企业主要集中在经济发达区域较多，如江苏、浙江、广东、上海等，涉及的装置规模均是较小，控制测点在500个左右，但控制要求复杂，需要利用控制系统的软件功能实现简单的顺序控制、配方管理、温度曲线、联锁要求。 四、精细化工自动化技术展望 随着自动化技术的不断普及和提高，精细化工行业内的激烈竞争，以及加强与国外企业的交流，精细化工企业向管理控制为一体的综合信息管理自动化系统发展是必然趋势，是技术发展的必然结果。根据自动化技术的发展趋势，建议: 1.加强信息交流，推动行业整体自动化水平的提高 集散控制系统(DCS)自1975年问世以来，已经几代发展，我国化工系统于1981年首先使用，在连续生产工艺中应用较多，其总体自动化程度强于精细化工行业，有许多经验和技术可以借鉴。各个企业不仅在本行业内进行交流，而且需要扩大到其他化工领域，克服不平衡发展状况，增加自动化技术的投入，加强自动化技术人员的，推动整个行业自动化水平的提高。 2.管控一体是方向，但要量力而行 近年随着市场竞争加剧，需要根据生产、贸易信息定决策，国外公司将企业管理、生产控制、贸易管理融为一体，形成综合信息管理自动化系统，但是国内精细化工企业开展这方面工作成功的企业不是很普遍，需要根据企业的需要，自动化水平以及维护人员的水平来决定。 3.要重视人才培训，提高操作水平 自动化技术是一门跨学科、跨行业的综合性技术。它涉及到计算机技术、仪表技术、自控技术、网络技术、以及有关工艺技术等，而且技术更新较快。同时自动化在企业中的作用日益重要，操作人员不仅要保持生产稳定，也要收集各方的信息向有关管理人员报告。因此操作人员不仅要具备多方面的知识，而且还要不断更新知识，可采用不断培训操作人员的仪表知识和工艺知识。 4.合理选用配置，重视自动化功能和作用 自动化技术发展迅速，已成为精细化工企业提高企业效益和工作效率的有效手段，成为市场竞争不可缺少的策略。在规划控制系统时，需要结合工艺要求(先进控制、预估控制、专家系统等)进行控制系统选型、系统配置，价格比较，不要一味追求高性能、高配置，国产控制系统的性/价比也很高，综合性能也很好，应当首选考虑。对于配置好的系统尽量使用其软件优化功能如报表、顺控、配方管理、联锁等。如某农药厂使用集散控制系统(DCS)有十几套，小型装置测点有50点左右，配置1个主控卡，1个操作站(兼做工程师站)，大型生产装置测点在2600点左右。对于每套控制系统均使用得很好，除使用了常规的单回路控制外，还使用了较多的复杂控制(比值控制、串级控制、均匀控制等)，以及部分联锁程序、顺控程序、配方管理。 4