丙烯酸是工业生产中重要的不饱和有机酸，是重要的有机化工原料，它主要用于制备丙烯酸树脂、聚丙烯酸及其盐及用于其它有机合成等，另外也用于粘合剂、涂料、化纤、皮革、造纸、纺织工业和光敏树脂板等的生产。丙烯酸酯主要有丙烯酸甲酯（MA）、丙烯酸乙酯（EA）、丙烯酸正丁酯（n-BA）和丙烯酸异辛酯（2-EHA）等，这些产品广泛用于涂料、粘合剂、皮革、化纤、腈纶纤维及塑料的改性以及丙烯酸类橡胶等方面。
最近几年，我国丙烯酸工业生产和市场发生很大变化，产量自1998年（产量为10.46万吨）开始猛增，截至2005年3月，我国丙烯酸生产能力为37．5万吨／年，预计2010年我国丙烯酸产能将达63万吨，丙烯酸酯产能将达75万吨，但与需求量相比仍有一定缺口。
2006年浙江卫星化工（企业集团）投资组建了一套总设计能力为16万吨/年丙烯酸的装置，并配套酯化装置生产丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯等衍生产品。项目分三期规划建设，一期4万吨丙烯酸及4.5万吨酯及配套公用工程，该装置采用浙江中控技术股份有限公司的WebField JX-300XP控制系统对丙烯酸酯装置进行自动监控。
WebField JX-3
00XP 控制系统
WebField JX-300XP控制系统是浙江中控技术股份有限公司SUPCON WebField系列控制系统十余年成功经验的结晶，吸收了近年来快速发展的通信技术、微电子技术，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统。其整体结构图如图1所示：
图1 WebField JX-300XP系统整体结构图
WebField JX-300XP控制系统主要有以下几个特点：
可靠性：采用1:1冗余的工业以太网，可靠性高、纠错能力强、通信效率高。
安全性：系统安全性和抗干扰性符合工业使用环境下的国际标准。
智能化设计：采用专用的微处理器负责卡键的控制、检测、运算、处理以及故障诊断等工作，在系统内部实现了全数字化的数据传输和数据处理。
任意冗余配置：控制站的电源、主控卡、数据转发卡和模拟量卡均可按不冗余或冗余的要求配置。
图形界面：提供集成化图形界面组态工具，可以方便、快捷地生成图形画面，提供多种预定义图库对象。
丙烯酸生成工艺
随着石油化工的发展，目前工业上新建和扩建的丙烯酸酯装置均采用丙烯氧化法工艺。丙烯氧化生产丙烯酸有一步法和两步法，目前主要采用两步法生产丙烯酸。丙烯酸和醇直接酯化生产丙烯酸酯，可以在同一生产装置中生产。
本项目采用丙烯两步直接氧化法生产工艺，丙烯酸和醇直接酯化生产丙烯酸酯。丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯在同一装置中生产，丙烯酸丁酯采用独立的生产装置。气化后的丙烯和增湿空气按一定配比混合后，连续通过两段反应器，通过催化剂的作用，在一定温度下快速进行气相氧化反应生产丙烯酸。来自丙烯酸装置的酯化丙烯酸和醇按照一定比例进入酯化反应器。酯化反应后，反应物进入分馏塔，塔顶得到含丙烯酸酯、醇、和水的混合物。该混合物进入萃取塔萃取分离出醇，塔顶含丙烯酸酯和少量水的镏出物进入醇气提塔。醇气提塔塔底液进入酯精制塔，由塔顶得到产品丙烯酸酯，送到产品罐。此外，从丙烯酸装置出来的尾气含有大量的有毒气体，需进行催化焚烧反应，焚烧后生成合格的二氧化碳和水，排入大气。其工艺流程框图如图2所示：
图2 丙烯酸酯主要工艺流程框图
控制系统总体设计方案
系统配置
丙烯酸酯装置的WebField JX-300XP控制系统由五个操作站、一个工程师站、五个控制站和一个联锁特制操作台组成。本装置检测点多，实际使用点数为1106点；自控程度高，控制回路共有140个，以常规控制为主，有部分分程控制、比例控制；安全联锁设计全面，特别是氧化单元的联锁控制尤其突出，并配置联锁操作台。系统规模如表1所示，系统配置图如图3所示：
图3 丙烯酸酯装置WebField JX-300P控制系统配置图
主要控制回路
丙烯酸酯生产过程中的控制主要包括分程控制和串级控制。分程控制主要是C430醇回收塔顶部压力控制、锅炉房高压蒸汽总管压力控制；串级控制主要是D236冷凝水罐出料流量和D236凝水罐液位控制、C220醋酸塔轻组分出料流量和D221塔顶受液槽液位控制、C220塔板温差和C220塔回流流量控制、E234夹套蒸汽流量和D234缓冲罐温度控制、E234底出料流量和E234薄膜蒸发器液位控制、C340塔顶出料流量和D341冷凝液回收槽液位控制、E311塔再沸器蒸汽流量和E311出口温度控制、C310塔底出料流量和C310分馏塔釜液 位控制、C310塔顶出料流量和D311冷凝液槽液位控制、E314塔再沸器蒸汽流量和E314底部温度控制、E314第二再沸器出料量和E-314第二再沸器液位控制、E341塔再沸器蒸汽流量和C340塔釜温度控制、C340塔顶出料流量和D341冷凝液回收槽液位控制、C350塔底出料流量和C350醇气提塔釜液位控制。
全面的特殊设计
丙烯酸酯生产中最典型和最危险的事故是爆炸、中毒和火灾事故。主要是因为原料和产品的易燃易爆、有毒特性会危及生产设备和人身安全，因此不仅在生产装置和工艺操作上要考虑安全性的设计，而且在自动化设备选择与控制方案设计时要考虑对意外事件的反应速度与有效解决方案，从而在硬软件上保证生产过程的安全。在考虑一些常规的要求外，主要进行了一些特殊设计：
■ 控制系统与现场设备之间的模拟量采用安全栅进行隔离、输出信号DO均采用继电器进行隔离。
■ 紧急停车系统采用软硬相结合方式，所有的联锁投切开关均采用辅助操作台上的钥匙开关，紧急停车按钮和复位按钮也通过操作台实现，灯屏报警、阀门状态指示和联锁触发条件通过软件来实现。
■ 在甲乙酯方案设计时，由
■ 由于测点多，为方便操作人员快速查找所需点的趋势，制作趋势流程图，并用快捷键标明每页趋势的测点。
■ 所有的串级回路均设有串级/单回路切换，当生产条件不满足时，可切换至单回路进行调节。
紧急停车系统
丙烯酸酯项目在选择ESD时，应将其适用性，用户的意愿及投资等因素进行综合考虑，如果ESD的功能实现与DCS系统分开实施则需要考虑二者之间的通讯方式；如果用户要求ESD的功能在DCS系统上实施则重点考虑联锁功能，特别是考虑控制站之间的公用信号需要用站间数据交换功能、辅助操作台的定制及紧急停车后联锁阀门的动作时间(安全时间内)。无论采取何种方式实现紧急停车系统ESD功能，都需要考虑分散控制系统DCS、紧急停车系统ESD与ESD辅助操作台三者的有机统一。
本项目ESD采用辅助操作台（如图4所示），包括联锁投切钥匙开关、紧急停车按钮和继电器复位按钮，同时对相关工艺参数的异常状态进行灯屏显示及声音报警，此外操作台还设有甲乙酯切换开关、切换条件显示。
图4 紧急停车辅助操作台
A灯屏：显示丙烯/空气压差低、R-101触媒层温度高、K-101重故障、P-101泵停等38个报警。当某个参数超过设定值，在灯屏上的相应位置显示红色并且声音报警。按下报警声音消除按钮，可进行消音。
B灯屏：显示11个参与联锁阀门的状态。阀门正常状态时灯屏显示绿色，阀门联锁状态时灯屏显示红色。阀门状态由现场阀门反馈，生产过程中可以清楚的反映重要阀门的运行情况。
C灯屏：显示丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、风机停、催化焚烧温度高、P-310泵切换指示、P-314泵切换指示、P-340泵切换指示、P-341泵切换指示8个状态。
联锁钥匙开关：所有的联锁投切开关都采用钥匙开关，其中11个有“O”和“N”两种状态，“O”表示联锁切除，“N”表示联锁投入（XHV-1006钥匙开关的“O”表示阀门全开，“N”表示联锁投入）。丙烯加料切断阀和空气/氮气加料阀有“O”、“N”、“C”三种状态，“O”表示阀门全开，“N”表示联锁投入，“C”表示阀门全关。
防爆曲线监控软件
丙烯酸的原料为两种气体：丙烯和空气，气体混合后在催化剂的作用下进行剧烈的氧化化学反应，同时放出大量的热量。要保证安全生产，必须要求保证丙烯和空气适当的混合比例。如果混合比例超出允许的范围，则会因为反应剧烈，造成不可控制而产生爆炸，这是非常危险的情况。为了有效监视该反应过程混合气体的比例分配情况，并以直观的形象表示出来，同时给出报警指示信息，以指导生产操作人员进行适当的操作，需要一套计算机爆炸监控曲线软件，完成对生产操作区域和产效的监控。
防爆曲线软件系统运行于windows2000+sp2系统之上。防爆曲线软件有两种运行方式，一个是模拟运算状态，一个是实际计算状态。模拟计算状态可以模拟系统在模拟信号下计算的数值，并显示出来。实际计算状况可以根据从AdvanTrol-Pro V2.40自带的OPC软件与系统的通讯数据计算实际的系统负荷工况下的各值，系统可以从模拟计算状态切换到实际计算状态。
监控爆炸曲线系统的要求较高，该系统的输入有丙烯流量、空气流量、补加蒸汽流量、氮气流量和与这些流量相关的温度、压力，以及物质的密度、空气中相对湿度等。根据这些基本量来计算H2O和丙烯、空气三者混合物的MOL百分比例。同时根据用户提供的资料给出一个直 观的画面。画面包括一个坐标、一条曲线、一个点和一些计算数据。曲线与坐标轴包含的部分代表爆炸区域，曲线之间区域为报警区域，点为计算出的目前位置，若点在报警区域则给出报警，提示操作员给与适当的处理。在功能上，要求该系统具有信息报警、记录轨迹、数据打印、曲线放大和计算公式切换功能。
本装置包括了氧化、精制、甲乙酯、丁酯、公用工程5个工段，是目前丙烯酸酯项目中规模较大，工段较多的装置。在系统的安装调试过程中，充分发挥了WebField JX-300XP系统在软硬件方面的优势。系统目前运行稳定，效果良好，控制功能满足工艺要求。
