黄磷循环清洁生产的DCS控制保护系统

摘要

本发明涉及黄磷循环清洁生产的DCS控制保护系统，其包括：服务器、操作站、安防工作站、通讯管理机、以太网交换机、黄磷清洁生产系统LCU、黄磷电炉变压器保护测控屏、输电线路保护测控屏、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏、安防设施、光纤电缆、授时装置和调制解调器。服务器、操作站、安防工作站、通讯管理机和以太网交换机连接至光纤电缆，光纤电缆经由调制解调器连接电网调度中心；黄磷清洁生产系统LCU经由以太网交换机连接光纤电缆。本发明实现了黄磷清洁生产系统的集中控制，解决了各子系统之间联动和保护的问题，提高了劳动生产率。

说明书

技术领域

本发明涉及磷化工领域，尤其涉及一种黄磷循环清洁生产的DCS控制保 护系统。

背景技术

黄磷又名白磷，在工业上用黄磷制备高纯度的磷酸及磷酸盐。利用黄磷 易燃产生烟(P₄O₁₀)和雾(P₄O₁₀)与水蒸气形成H₃PO₄等雾状物质，在军 事上常用来制烟幕弹、燃烧弹。还可用黄磷制造赤磷(红磷)、三硫化四磷 (P₄S₃)、有机磷酸酯、燃烧弹、洗涤剂、农药等。

国内现有的黄磷主要用电炉法制取，用磷矿、焦丁(兰炭或白煤)和外 加硅石按配比在电炉内制取。其中，外加硅石主要用于助熔剂参与碳还原磷 酸盐的反应，主要反应为SiO₂与磷矿石分解生成的Ca0生成易熔的偏硅酸 钙(CaSiO₃)。电炉热法制黄磷，能耗高，成本高，附加值低，产品单一， 污染严重。而磷又是重要的生命元素，日常生活和国民经济必需产品。如何 降低生产能耗和成本，减少污染，提高尾气、炉渣热能的综合利用率，增加 附加值是黄磷行业苦苦追求的目标。并且黄磷、电石等冶金、化工尾气，大 都直接以火炬燃烧外排，资源利用率低，环保问题突出。

为解决黄磷生产能耗高、环境污染严重、资源综合利用率低，循环清洁 产业链配套不完整的问题，本发明人先后公开了以下七项发明专利：

1、中国专利CN105197901A公开了《含钾磷矿制备黄磷、钾盐、碳 酸钠和氧化铝的节能方法》。该方法包括：将含钾磷矿和焦丁加入黄磷电炉 反应制得含P₂炉气；对所述炉气进行水洗后再收集粗磷，精制以制得优质黄 磷；黄磷熔渣经水淬后去除炉渣并溶出KAlO₂，经由过滤、加入CO₂后沉淀 出Al(OH)₃并获得水淬滤液。其中，Al(OH)₃经控温转换制得Al₂O₃，前述水 淬滤液经由结晶分离、干燥，从而制得K₂CO₃和Na₂CO₃。本发明解决了传 统电热法黄磷电炉用含钾磷矿生产黄磷反应复杂，效率低，炉矿不稳定，效 益差等系列问题，并与传统的钾长石烧结法、高温熔融法、水热法、高炉冶 炼法和低温分解法制备K₂CO₃相比，能够大大降低能耗、物耗和生产成本， 提高了产品利润空间，同时减少了环境污染。

2、中国专利CN105197902A公开了《含钾磷矿制备黄磷、钾盐、氧 化铝、分子筛、矿渣水泥和建筑型材的循环清洁生产方法》。该方法利用两 条路线，路线一：含钾磷矿与焦丁用电热法生产优质黄磷。黄磷熔渣经水淬， 溶出KAlO₂，经过滤、通入CO₂，沉淀出Al(OH)₃并制得第一滤液。Al(OH)₃经控温转换制得Al₂O₃。路线二：将钾长石粉与Na₂CO₃混合均匀，用黄磷尾 气煅烧后用水浸取，通入CO₂沉淀出硅铝胶体和制得第二滤液。将第一、第 二滤液进行结晶、干燥，制得K₂CO₃和Na₂CO₃。Na₂CO₃返回路线二循环利 用。一部分未经沉淀的硅铝胶体和滤液经由调整其K₂O、Na₂O、SiO₂、Al₂O₃的含量，然后进行水热晶化反应，从而获得分子筛；所述沉淀出的硅铝胶体 与黄磷炉渣混合，以用于制备矿渣水泥和/或建筑型材。

3、中国专利CN105217589A公开了《黄磷联产钾盐、碳酸钠和氧化 铝的节能方法》。该方法包括：将钾长石、磷矿和焦丁加入黄磷电炉反应制 得含P₂炉气；对所述炉气进行水洗后再收集粗磷，精制以制得优质黄磷；黄 磷熔渣经水淬后去除炉渣并溶出KAlO₂，经由过滤，加入CO₂，沉淀出Al(OH)₃并获得水淬滤液。其中，Al(OH)₃经控温转换制得Al₂O₃。前述水淬滤液经由 结晶分离、干燥，从而制得K₂CO₃和Na₂CO₃。本发明将黄磷生产装置改进 成了电热法生产黄磷和热分解钾长石的综合系统，普遍适用于传统电热法黄 磷电炉的升级改造，显著降低了生产能耗及成本，提高了产品种类和附加值， 并且减少了环境污染，具有非常突出的经济效益和节能环保效果。

4、中国专利CN105217588A公开了《黄磷联产钾盐、氧化铝、分子 筛、矿渣水泥和建筑型材的循环清洁生产方法》。该方法包括两条路线：1、 用钾长石取代外加硅石，与磷矿和焦丁用电热法制得优质黄磷。黄磷熔渣经 水淬，溶出KAlO₂，经过滤，通入CO₂，沉淀出Al(OH)₃并制得第一滤液。 Al(OH)₃经控温转换制得Al₂O₃。2、将钾长石粉与Na₂CO₃混匀，用黄磷尾 气煅烧，然后用水浸取，通入CO₂，沉淀出硅铝胶体并制得第二滤液。之后 分为四个利用路径：(1)将第一、第二滤液集中结晶，干燥，制取K₂CO₃ 和Na₂CO₃，Na₂CO₃返回路线二循环利用，K₂CO₃可继续加工为KH₂PO₄和 K₂SO₄等钾盐；(2)将未经沉淀的硅铝胶体和滤液经水热晶化制备分子筛； (3)硅铝胶体与黄磷炉渣制备矿渣水泥；(4)硅铝胶体与黄磷炉渣制备建 筑型材。

5、中国专利CN105240065A公开了《一种黄磷熔渣水淬及乏蒸汽治 理利用的节能方法和设备》。该方法包括：黄磷熔渣经涡槽式水淬集气塔水 淬，收集高温乏蒸汽，经分离器分离出黄磷炉渣和冲渣水，同时收集低温乏 蒸汽。冲渣水经热回收，沉降池沉降后返回涡槽式水淬集气塔循环利用。冲 渣水回收的热能和黄磷尾气辅助增压锅炉将收集的乏蒸汽增温、增压，然后 经储气罐恒定温度和压力后输入低温低压汽轮发电机组发电，所发电量返回 供电系统或上电网市售，蒸汽冷凝水返回涡槽式水淬集气塔循环利用。本发 明既获得了高活性的黄磷炉渣，又彻底治理了黄磷熔渣水淬乏蒸汽和污水池 乏蒸汽造成环境污染的问题，提高了黄磷炉渣的余热利用率，黄磷生产电耗 降低1000kwh/t以上，达到了环境治理与节能增效的双赢效果。

6、中国专利CN105271245A公开了《一种黄磷生产装置磷炉气冷凝 乏蒸汽治理和四氟化硅回收利用的方法》。该方法包括：用氟硅酸循环浓缩 罐取代黄磷装置磷炉气冷凝热水槽，将冷凝水经换热器1和换热器2换热后 分别用于热段和冷段洗气塔冷凝，并补充冷水弥补水量损失，让磷炉气中的 SiF₄在洗气塔中被水充分吸收生成H₂SiF₆；在H₂SiF₆达到标准浓度后，经过 滤，加入NaCl以沉淀分离出Na₂SiF₆；对沉淀分离后的滤液加入消石灰进行 中和，经沉淀分离后得到CaCl₂；剩余的冷凝水经换热器3换热后返回冷段 洗气塔冷凝。换热器1～3所获得的热量用于干燥Na₂SiF₆和CaCl₂。本发明 既治理了黄磷生产装置磷炉气冷凝水乏蒸汽，又回收了SiF₄，还可实现洗气 余热的综合利用，达到了环保治理与资源综合利用的双赢效果。

7、中国专利CN105349778A公开了《一种磷铁回收黄磷、氧化铁红 及贵重金属的清洁生产方法》。该方法包括：通过将破碎后的磷铁在中频电 炉中熔化后在充满氮气的涡槽式水淬集气塔中进行水淬，以获得含PH₃混合 气，并且同时分离出金属氧化物和水淬水，其中，所述含PH₃混合气在充满 氮气的磷化氢转化塔中进行控温转化生成P₂和H₂后再经喷淋、精制得到黄 磷。分离出的所述金属氧化物经干燥得到氧化铁红，或者经酸化溶解和溶剂 萃取分离得到普通金属、稀有金属和/或贵金属。本发明既将磷铁回收高价 值黄磷、氧化铁红和贵重金属，无废气、废水和废渣外排，还实现了余热、 H₂和N₂的综合利用，达到循环清洁生产的效果。

上述七项发明专利，各专利可以组成单一的生产线，也可以将各生产线 组合成一个黄磷循环清洁生产系统。但以钾长石代替硅石制备黄磷联产碳酸 钾和氧化铝以及钾长石与碳酸钠利用黄磷尾气制备碳酸钾和硅铝胶体、分子 筛，进而利用黄磷炉渣制备矿渣水泥和建筑型材，利用水淬乏蒸汽发电，治 理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟硅酸钠，利用磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵 重金属路线，最为有代表性，也是最完整的黄磷循环清洁生产方法，参见附 图1。

然而以上述多项专利申请所公开的技术方案组成的黄磷循环清洁生产 系统，各子系统之间存在相互配套，相互连锁和保护等系列问题，目前国内 从事磷化工工艺的技术人员大多不熟悉DCS控制保护，从事工业以太网DCS 控制保护的专业人员又不熟悉化工工艺，尤其是由多项工艺路线组成的黄磷 循环清洁生产系统的工艺路线。如何利用现代控制手段，将多项工艺路线组 成的黄磷循环清洁生产系统整合为一个完整的DCS控制保护系统，实现集中 控制和保护，既减少运行维护人员，提高劳动生产率，又提高控制精度和可 靠性，是黄磷循环清洁生产中亟待解决的问题，也是专利成果转化，助推我 国磷化工产业全面清洁生产的需要。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种黄磷循环清洁生产的DCS控制 保护系统，包括：服务器、操作站、安防工作站、通讯管理机、以太网交换 机、黄磷清洁生产系统LCU、黄磷电炉变压器保护测控屏、输电线路保护测 控屏、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏、安防设施、光纤电缆、授时装置 和调制解调器，其中，

所述服务器、操作站、安防工作站、通讯管理机和以太网交换机分别连 接至所述光纤电缆，所述光纤电缆经由所述调制解调器连接电网调度中心，

所述黄磷清洁生产系统LCU、黄磷电炉变压器保护测控屏(17)、输电 线路保护测控屏(18)、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏(19)和安防设 施(20)连接至以太网上。

根据一个优选实施方式，所述黄磷清洁生产系统LCU包括分别连接至所 述以太网交换机的黄磷电炉及电极控制LCU、磷矿、钾长石、焦炭配料及输 送系统LCU、钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU、碳酸钾、氧化铝、磷酸二 氢钾系统LCU、分子筛及矿渣水泥系统LCU、磷炉气冷凝水乏蒸汽治理及四 氟化硅回收系统LCU、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统LCU、磷铁回收黄磷、 氧化铁红及贵重金属系统LCU、专用变电站LCU和黄磷尾气净化系统LCU。

根据一个优选实施方式，所述服务器至少包括主服务器和备用服务器， 所述授时装置为北斗授时装置或者GPS授时装置，并且所述授时装置分别连 接至所述主服务器和所述备用服务器。

根据一个优选实施方式，所述DCS控制保护系统还包括连接至所述光纤 电缆的打印机。

根据一个优选实施方式，所述黄磷电炉及电极控制LCU为全封闭防尘、 防有毒有害气体、防电磁场的LCU。

根据一个优选实施方式，所述磷矿、钾长石、焦炭配料及输送系统LCU 和所述钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU均为全封闭防尘、防有毒有害气体 的LCU。

根据一个优选实施方式，所述碳酸钾、氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU、 所述分子筛及矿渣水泥系统LCU、所述磷炉气冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅 回收系统LCU、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统LCU、磷铁回收黄磷、氧化 铁红及贵重金属系统LCU为全封闭防有毒有害气体的LCU。

根据一个优选实施方式，所述安防设施包括黄磷尾气检测装置，当黄磷 尾气停气或者供气量低于标准值时，用气单元生产线全部或部分自动停机保 护连锁，现场和控制中心发出声光报警提示。

根据一个优选实施方式，所述安防设施包括氮气与磷化氢气体浓度检测 装置，当磷化氢气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w时，黄磷、氧化铁红 及贵重金属系统自动停机保护连锁，现场和控制中心发出声光报警提示。

根据一个优选实施方式，所述DCS控制保护系统的类型为双环网DCS 控制保护系统、单网DCS控制保护系统、双网DCS控制保护系统或单环网 DCS控制保护系统。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明实现了对黄磷循环清洁生产全系统的集中控制和保护，解决 了各子系统之间连锁联动和保护联动问题，既减少了运行人员，提高了劳动 生产率，降低了企业生产成本，又改善了运行环境。以5个子系统各12名 控制、巡护人员计算，总人数为60人，使用本发明的DCS控制保护系统后， 控制、巡护人员至少可以减少到12人，减少80％的定员，年节约运行成本 200万元以上。

2、本发明解决了黄磷尾气净化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增 压锅炉、钾长石与纯碱煅烧装置之间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检 修等导致黄磷尾气停气或供气量减少，使得用气单元生产线可全部或部分按 预设程序自动停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。可以减 少停气时系统空转时间，降低动力消耗，提高产品成品率。

3、通过浓度检测装置对磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统充氮 系统的氮气与磷化氢气体浓度进行在线检测，当磷化氢气体浓度与氮气浓度 比高于1/19w/w时，黄磷、氧化铁红及贵重金属系统自动停机保护并配置 现场与控制中心的声光报警提示，从而大大提高了系统安全水平，降低事故、 故障率，提高产品成品率。

4、本发明实现了黄磷企业与电网调度中心的语音和数据通讯，确保了 电网调度令的及时、准确发送。

附图说明

图1是黄磷循环清洁生产方法的主要工艺流程图；

图2是本发明的黄磷循环清洁生产的DCS控制保护系统简图。

附图标记列表

1：主服务器2：备用服务器

3：操作站4：安防工作站

5：通讯管理机6：以太网交换机

7：黄磷电炉及电极控制LCU

8：磷矿、钾长石、焦炭配料及输送系统LCU

9：钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU

10：碳酸钾、氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU

11：分子筛及矿渣水泥系统LCU

12：磷炉气冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统LCU

13：黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统LCU

14：磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统LCU

15：专用变电站LCU16：黄磷尾气净化系统LCU

17：黄磷电炉变压器保护测控屏18：输电线路保护测控屏

19：黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏20：安防设施

21：光纤电缆22：授时装置

23：调制解调器24：打印机

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的黄磷循环清洁生产的DCS控制保护系统包括： 服务器、操作站3、安防工作站4、通讯管理机5、以太网交换机6、黄磷 清洁生产系统LCU、黄磷电炉变压器保护测控屏17、输电线路保护测控屏 18、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏19、安防设施20、光纤电缆21、 授时装置22和调制解调器23。

服务器、操作站3、安防工作站4、通讯管理机5和以太网交换机6分 别连接至光纤电缆21，光纤电缆21经由调制解调器23连接电网调度中心。

黄磷清洁生产系统LCU、黄磷电炉变压器保护测控屏17、输电线路保 护测控屏18、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏19和安防设施20连接至 以太网上。

黄磷清洁生产系统LCU包括分别连接至以太网交换机6的黄磷电炉及 电极控制LCU7、磷矿、钾长石、焦炭配料及输送系统LCU8、钾长石粉与 纯碱原料及煅烧炉LCU9、碳酸钾、氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU10、分子 筛及矿渣水泥系统LCU11、磷炉气冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统 LCU12、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统LCU13、磷铁回收黄磷、氧化铁 红及贵重金属系统LCU14、专用变电站LCU15和黄磷尾气净化系统LCU16。

需要说明的是，图2暂以单套(台)子系统为例，即以1台黄磷电炉， 1套原料输送系统、1套钾长石与纯碱煅烧系统，1台乏蒸汽发电机组等为 例，如为多套(台)时，增加相应的LCU即可。

本发明中的黄磷循环清洁生产方法指：以钾长石代替硅石制备黄磷联产 碳酸钾和氧化铝以及钾长石与碳酸钠利用黄磷尾气制备碳酸钾和硅铝胶体、 分子筛，进而利用黄磷炉渣制备矿渣水泥和建筑型材，利用水淬乏蒸汽发电， 治理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟硅酸钠，利用磷铁回收黄磷、氧化铁红及 贵重金属，从而实现该产业链全面循环清洁生产。

此外，黄磷循环清洁生产方法还包括以钾长石代替硅石制备黄磷联产碳 酸钾和氧化铝路线与钾长石与碳酸钠利用黄磷尾气制备碳酸钾和硅铝胶体、 分子筛，进而利用黄磷炉渣制备矿渣水泥和建筑型材路线，利用水淬乏蒸汽 发电路线，治理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟硅酸钠路线，利用磷铁回收黄 磷、氧化铁红及贵重金属路线的组合的任意一种循环清洁生产路线或后者的 单一生产路线。

优选地，服务器至少包括主服务器1和备用服务器2，授时装置22为 北斗授时装置或者GPS授时装置。授时装置22分别连接至主服务器1和备 用服务器2。DCS控制保护系统还包括连接至光纤电缆21的打印机24，从 而方便地打印文档。

根据一个优选实施方式，黄磷电炉及电极控制LCU6为全封闭防尘、防 有毒有害气体、防电磁场的LCU；

磷矿、钾长石、焦炭配料及输送系统LCU7、钾长石粉与纯碱原料及煅 烧炉LCU8，为全封闭防尘、防有毒有害气体的LCU；

碳酸钾、氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU9、分子筛及矿渣水泥系统LCU10、 磷炉气冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统LCU11、黄磷炉渣水淬及乏蒸 汽发电系统LCU12、磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统LCU13为全 封闭防有毒有害气体的LCU。

根据一个优选实施方式，安防设施包括黄磷尾气检测装置。黄磷尾气净 化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增压锅炉、钾长石与纯碱煅烧装置之 间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检修等导致黄磷尾气停气或供气量减 少时，用气单元生产线可全部或部分按预设程序自动停机保护连锁并配置现 场与控制中心的声光报警提示。具体地，因黄磷电炉事故、故障、换电极、 检修等导致黄磷尾气停气或供气量减少，将首先实现钾长石粉与纯碱原料及 煅烧炉连锁停机，其次实现黄磷尾气辅助增压锅炉停机，然后实现黄磷尾气 锅炉停机。

根据一个优选实施方式，安防设施20还包括氮气与磷化氢气体浓度检 测装置，当磷化氢气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w时，黄磷、氧化铁 红及贵重金属系统自动停机保护连锁，现场和控制中心发出声光报警提示。

根据一个优选实施方式，DCS控制保护系统为双环网DCS控制保护系 统，视黄磷循环清洁生产方法还可以为单网、双网和单环网DCS控制保护系 统，并配置相应的通讯管理机或以太网交换机。

下面就本发明黄磷循环清洁生产的DCS控制保护系统的组成及原理作 简要阐述：

1、系统配置原则及方案

为满足本黄磷循环清洁生产线的工艺要求，保证工艺设备可靠运行，稳 定工艺参数，保证产品质量，节约能源，提高黄磷循环清洁生产线的运转率。 本控制保护系统采用技术先进、性能可靠的DCS控制系统，对黄磷循环清洁 生产线进行集中监视、操作和分散控制，可有效提高电控设备的可靠性和可 维护性，实现控制、监视、操作的现代化。全系统设备采用现场优先的控制 方式。

本清洁生产系统中还包含黄磷电炉变压器(含开关站及动力供电系统)、 专用输电线路、乏蒸汽发电机的继电保护装置。

2、计算机控制保护系统配置

系统由现场控制站、高速通信网络和操作站三部分组成。控制范围为黄 磷电炉系统、配料及输送系统、钾长石粉与纯碱煅烧系统、碳酸钾、氧化铝、 磷酸二氢钾系统、分子筛及矿渣水泥和建筑型材系统、磷炉气冷凝水乏蒸汽 治理及四氟化硅回收系统、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统、磷铁回收黄磷、 氧化铁红及贵重金属系统、变电站、黄磷尾气净化系统。保护系统包括黄磷 电炉变压器保护测控屏、输电线路保护测控屏、乏蒸汽发电机保护屏。即包 括完整的黄磷循环清洁生产线。全清洁生产系统设DCS控制室，监控系统采 用服务器/客户机方式。全清洁生产现场控制站由生产规模确定，设两台操 作站、两台服务器(一台主服务器，一台备用服务器，且互为备用)。系统 的高速通信网络(主干网)视黄磷循环清洁生产系统规模分别设置单网、双 网、单环网和双环网。网络传输协议定为以太网(TCP/IP)。为保证控制系 统通讯网络的可靠和便于维护，网络通信介质采用光纤电缆。

黄磷电炉变压器保护测控屏、输电线路保护测控屏、乏蒸汽发电机保护 屏所涉及的继电保护配置需满足电力系统继电保护设计规程要求。

DCS控制室设UPS电源，供DCS系统控制室及操作站用，在交流电源 消失的情况下保持一定时间的供电，以便对DCS系统的数据做保护性处理并 使现场仪表及设备运行至安全位置，并对工艺做紧急处理，防止故障发生。

3、现场控制站

现场控制站完成现场信号的采集，完成工艺设备电机的顺序逻辑控制， 完成工艺过程参数的监测及过程回路的自动调节等，并通过通讯网络与操作 站进行数据通讯。现场控制站各设一台UPS，供现场控制站使用。

4、操作站

在DCS控制室内设两台操作站，两台服务器，两台操作站分别对应黄磷 清洁生产系统的各子系统。

操作站主要功能为：

(1)、具有动态工艺设备状态显示和工艺参数显示的工艺流程图；

(2)、工艺设备组和单机起停操作面板以及设备运行状态显示；

(3)、工艺参数操作面板和工艺参数分组显示；

(4)、生产参数即时和历史趋势曲线显示；

(5)、调节回路的详细显示及参数调整；

(6)、工艺状态报警总貌显示和详细显示；

(7)、报警报告及工艺参数报表生成及打印；

(8)、当黄磷循环清洁生产线发生报警时，可显示和记录相关参数、显 示报警处理提示，并可及时向巡检工和有关技术员的传呼机自动发出报警信 息，便于及时排除故障；

(9)、控制系统状态显示；

(10)、权限管理及操作记录。

5、应用软件

(1)、逻辑控制软件功能

对工艺线上的所有电机，电动阀，电磁阀等工艺设备，根据操作站上显 示的流程图和操作面板，采用键盘及鼠标操作，通过现场控制站完成设备组 选择、设备组逻辑联锁起停，单机起停，紧急停车和故障复位等。

(2)、过程控制软件功能

对工艺线上的所有温度、压力、流量、阀门开度、物料料位、气体成分、 速度、电流等进行检测、显示、报警，对被控阀门、速度等进行操作，对重 要工艺参数进行调节、记录。

(3)、组态软件

在系统监控软件的基础上，编制适合本黄磷循环清洁生产线特点的操作 画面和完成各现场控制站有关参数的采集。

软件自动记录历史数据，包括数据查询统计、报警查询及操作记录等， 还可进行数据处理，如数据比较，数据均值，最大最小值等。根据历史数据 记录和其强大的数据分析能力，生成相应的各个车间的日平均产量和耗电、 耗气量，以及一个月的总产量、耗电量和耗气量等报表，这为提高总产量降 低总成本提供了科学依据。管理软件其他功能可按照实际需要在后期增加。

6、特殊仪表的设置

(1)、尾气烟囱设粉尘检测装置，成球机排放设CO气体监测仪，燃烧 区域设置CO泄露监测仪；

(2)、磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统充氮系统的氮气与磷化 氢气体浓度在线检测；

(3)、中控室设火灾报警装置一套。

7、现场一次仪表选型

(1)、温度仪表选用铠装Pt100热电阻和铠装K型热电偶。

(2)、温度、压力变送器选用引进或进口产品。

(3)、料位仪表根据不同用途分别选用雷达式料位计和射频料位开关。

8、电缆选型

(1)、一次检测元件、变送器至现场控制站之间模拟量信号电缆均选用 DJYVP型多芯双绞屏蔽电缆，DCS控制系统开关量信号电缆选用KVVP型多 芯带护套铜芯屏蔽电缆，其它控制电缆选用KVV型多芯铜芯电缆。热电偶 至温度变送器之间电缆选用带屏蔽及护套的高温补偿型导线。

(2)、控制系统各设备间的连接电缆及光纤电缆随设备成套供货。

9、电缆敷设

一次元件至现场控制站之间的电缆穿管埋地和沿电缆桥架敷设，控制室 内部电缆或室内抬高地坪下面敷设，主干光纤电缆在室外电缆桥架中敷设。

10、接地保护

接地系统的质量对自动化设施的抗干扰至关重要，各现场控制站和中控 室分别设置接地装置。信号电缆屏蔽层在箱盘一端接至屏蔽接地端子上。计 算机控制系统的接地按设备厂家的要求进行。仪表盘金属外壳接至电气保护 接地母线上。

11、安防设施

安防设施包括黄磷尾气净化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增压锅 炉、钾长石与纯碱煅烧装置之间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检修等 导致黄磷尾气停气或供气量减少，使得用气单元生产线可全部或部分按预设 程序自动停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。

此外，还包括磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统充氮系统磷化氢 气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w时黄磷、氧化铁红及贵重金属系统自 动停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。

12、北斗/GPS授时、打印机及系统调度

北斗/GPS授时是为了确保本DCS系统与电力系统的时刻一致，便于调 度和事故、故障分析、调查。打印机是为打印报表等文档用。本DCS系统通 过调制解调器和光纤电缆与电力调度中心实现调度通讯。电力调度、通讯包 括黄磷电炉及厂用电系统和乏蒸汽发电系统。

实施例1

某公司磷化工厂拥有黄磷电炉3台，容量分别为35000KVA、 31500KVA和12500KVA，总容量为79000KVA。用P₂O₅含量为29.05％、 SiO₂含量为14.66％、CaO含量为42.03％、CO₂含量为2.39％的磷精矿球团、 外加硅石和焦丁生产黄磷。吨黄磷原料消耗为磷精矿球团8.48t，焦丁1.46t， 外加硅石1.91t，电耗14215kwh。年磷精矿球团总用量为30万t，产黄磷 35385t，副产黄磷炉渣27.98万t。

将该磷化工厂3套黄磷电炉改造升级为以钾长石代替硅石制备黄磷，联 产碳酸钾、水溶性及食品级磷酸二氢钾、氧化铝以及配套钾长石与碳酸钠利 用黄磷尾气制备硅铝胶体和13X及4A型分子筛，硅铝胶体进而利用黄磷炉 渣制备矿渣水泥，利用水淬乏蒸汽发电，治理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟 硅酸钠，利用磷铁回收黄磷、氧化铁红，从而实现该产业链全面循环清洁生 产。实现产能：1、黄磷3.61万吨/年；2、碳酸钾5000t/a；3、水溶性级 和食品级磷酸二氢钾25000t/年；4、氧化铝(粉)9000t/a；5、矿渣水泥 28万t/a；6、13X分子筛和4A型分子筛10000t/a；7、氟硅酸钠3000t/a； 8、氧化铁红2250t/a；9、水淬乏蒸汽发电量3500万kwh/a。年利润大幅 增长。

与现有普通技术装置相比，本黄磷清洁生产系统实现：1、节约标煤2.0 万吨/年；2、节约硅石6.1万吨/年；3、节约石灰7.3万吨/年；4、乏蒸汽 发电3570万千瓦时/年；5、二氧化碳直接减排5600吨/年；6、炉渣利用 率100％；7、黄磷尾气利用率92％以上；8、黄磷水淬乏蒸汽和洗气水乏蒸 汽100％不外排；9、磷炉气中四氟化硅收回率92％以上；10、磷铁利用率 100％；11、炉渣余热、洗气塔余热、各种干燥煅烧设备余热综合利用率85％ 以上。完全达到或超过国家清洁生产标准。

配置主服务器1、备用服务器2、操作站3、安防操作站4、通讯管理 机5、以太网交换机6、3组黄磷电炉及电极控制LCU7、磷矿、钾长石、焦 炭配料及输送系统LCU8、钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU9、碳酸钾、 氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU10、分子筛及矿渣水泥系统LCU11、磷炉气 冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统LCU12、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电 系统LCU13、磷铁回收黄磷、氧化铁红系统LCU14、专用变电站LCU15、 黄磷尾气净化系统LCU16、3组黄磷电炉变压器保护测控屏17、2组输电 线路保护测控屏18、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏19、安防设施20 和光纤电缆21、北斗或GPS授时装置22、调制解调器23和打印机24组 成的双环网DCS控制保护系统。

实现了对黄磷循环清洁生产全系统的集中控制和保护，解决了各子系统 之间连锁联动和保护问题，既减少了运行人员70人，节约运行成本300万 元以上，提高了劳动生产率，又大大改善了运行环境。

同时还解决了黄磷尾气净化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增压锅 炉、钾长石与纯碱煅烧装置之间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检修等 导致停气或供气量减少，使得用气单元生产线可全部或部分按预设程序自动 停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。可以减少停气系统空 转时间，降低动力消耗，提高产品成品率。

并实现了磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统充氮系统的氮气与磷 化氢气体浓度在线检测，和磷化氢气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w时 黄磷、氧化铁红及贵重金属系统自动停机保护连锁并配置现场与控制中心的 声光报警提示。可以大大提高系统安全水平，降低事故、故障率，提高产品 成品率。实现了黄磷企业与电网调度中心的语音和数据通讯，确保了电网调 度令的及时、准确发送。

实施例2

某磷化工企业集团拥有黄磷电炉8台，容量为8×20000KVA。用P₂O₅含量为30.0％、SiO₂含量为16.5％、CaO含量为43％、CO₂含量为3.5％的 磷矿、外加硅石和焦丁生产黄磷。吨黄磷原料消耗为磷矿8.12t，焦丁1.44t， 外加硅石1.45t，电耗13373kwh。年磷矿总用量为66.7万t，产黄磷8.21 万t，副产黄磷炉渣58万t。

将该集团8套黄磷电炉改造升级为以钾长石代替硅石制备黄磷，联产碳 酸钾、水溶性及食品级磷酸二氢钾、氧化铝以及配套钾长石与碳酸钠利用黄 磷尾气制备硅铝胶体和13X及4A型分子筛，硅铝胶体进而利用黄磷炉渣制 备矿渣水泥，利用水淬乏蒸汽发电，治理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟硅酸 钠，利用磷铁回收黄磷、高纯铁粉和锌、铜、镍、锶、铂等贵重金属，从而 实现该产业链全面循环清洁生产。实现产能：1、黄磷8.66万吨/年；2、水 溶性级和食品级磷酸二氢钾78800t/年；3、氧化铝(粉)18800t/a；4、 矿渣水泥61.7万t/a；5、13X分子筛和4A型分子筛47000t/a；6、氟硅 酸钠7000t/a；7、高纯铁粉(Fe)6000吨，以及锌(Zn)2000吨，铜(Cu) 150吨，镍(Ni)750吨，锶(Sr)500吨和贵金属铂(Pt)6吨；8、水 淬乏蒸汽发电量8000万kwh/a。年利润大幅增长。

与现有普通技术装置相比，本黄磷清洁生产系统实现：1、节约标煤2.67 万吨/年；2、节约硅石12.89万吨/年；3、节约石灰15.47万吨/年；4、 乏蒸汽发电8000万千瓦时/年；5、二氧化碳直接减排12700吨/年；6、 炉渣利用率100％；7、黄磷尾气利用率92％以上；8、黄磷水淬乏蒸汽和洗 气水乏蒸汽100％不外排；9、磷炉气中四氟化硅收回率92％以上；10、磷 铁利用率100％；11、炉渣余热、洗气塔余热、各种干燥煅烧设备余热综合 利用率85％以上。完全达到或超过国家清洁生产标准。

配置主服务器1、备用服务器2、操作站3、安防操作站4、通讯管理 机5、以太网交换机6、8组黄磷电炉及电极控制LCU7、磷矿、钾长石、焦 炭配料及输送系统LCU8、钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU9、碳酸钾、 氧化铝、磷酸二氢钾系统LCU10、分子筛及矿渣水泥系统LCU11、磷炉气 冷凝水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统LCU12、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电 系统LCU13、磷铁回收黄磷、高纯铁粉和贵重金属系统LCU14、专用变电 站LCU15、黄磷尾气净化系统LCU16、8组黄磷电炉变压器保护测控屏17、 2组输电线路保护测控屏18、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏19、安防 设施20和光纤电缆21、北斗或GPS授时装置22、调制解调器23和打印 机24组成的双环网DCS控制保护系统。

实现了对黄磷循环清洁生产全系统的集中控制和保护，解决了各子系统 之间连锁联动和保护问题，既减少了运行人员130人，节约运行成本600 万元以上，提高了劳动生产率，又大大改善了运行环境。

同时还解决了黄磷尾气净化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增压锅 炉、钾长石与纯碱煅烧装置之间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检修等 导致停气或供气量减少，使得用气单元生产线可全部或部分按预设程序自动 停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。可以减少停气系统空 转时间，降低动力消耗，提高产品成品率。

此外，实现了磷铁回收黄磷、高纯铁粉及贵重金属系统充氮系统的氮气 与磷化氢气体浓度在线检测，和磷化氢气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w 时黄磷、高纯铁粉及贵重金属系统自动停机保护连锁并配置现场与控制中心 的声光报警提示。可以大大提高系统安全水平，降低事故、故障率，提高产 品成品率。实现了黄磷企业与电网调度中心的语音和数据通讯，确保了电网 调度令的及时、准确发送。

实施例3

某含钾磷矿采矿企业自备黄磷电炉5台，容量为5×20000KVA。其钾 磷矿的化学分组为：P₂O₅含量为17％、SiO₂含量为28％、CaO含量为35％、 CO₂含量为3.9％、K₂O含量为5％、Na₂O含量微量。经选矿后制得P₂O₅含 量为23％、SiO₂含量为12％、CaO含量为32％、CO₂含量为3.9％、K₂O含 量为2.9％、Na₂O含量微量的含钾磷矿精矿。

将该企业5套黄磷电炉配套钾长石与碳酸钠利用黄磷尾气制备硅铝胶体 和13X及4A型分子筛，硅铝胶体进而利用黄磷炉渣制备矿渣水泥，利用水 淬乏蒸汽发电，治理磷炉气冷凝水乏蒸汽并回收氟硅酸钠，利用磷铁回收黄 磷、氧化铁红，从而实现该产业链全面循环清洁生产。实现产能：1、黄磷 5.2万吨/年；2、碳酸钾23000t/a；3、氧化铝(粉)11500t/a；4、矿渣 水泥42万t/a；6、13X分子筛和4A型分子筛14000t/a；7、氟硅酸钠4500t /a；8、氧化铁红3300t/a；9、水淬乏蒸汽发电量5200万kwh/a。年利润 大幅增长。

与现有普通技术装置相比，本黄磷清洁生产系统及DCS控制保护系统实 现：1、节约标煤1.6万吨/年；2、节约石灰9.5万吨/年；3、乏蒸汽发电 5200万千瓦时/年；4、二氧化碳直接减排7400吨/年；5、炉渣利用率100％； 6、黄磷尾气利用率92％以上；7、黄磷水淬乏蒸汽和洗气水乏蒸汽100％不 外排；8、磷炉气中四氟化硅收回率92％以上；9、磷铁利用率100％；10、 炉渣余热、洗气塔余热、各种干燥煅烧设备余热综合利用率85％以上。完全 达到或超过国家清洁生产标准。

配置主服务器1、备用服务器2、操作站3、安防操作站4、通讯管理 机5、以太网交换机6、5组黄磷电炉及电极控制LCU7、含钾磷矿、焦炭配 料及输送系统LCU8、钾长石粉与纯碱原料及煅烧炉LCU9、碳酸钾、氧化 铝、磷酸二氢钾系统LCU10、分子筛及矿渣水泥系统LCU11、磷炉气冷凝 水乏蒸汽治理及四氟化硅回收系统LCU12、黄磷炉渣水淬及乏蒸汽发电系统 LCU13、磷铁回收黄磷、氧化铁红系统LCU14、专用变电站LCU15、黄磷 尾气净化系统LCU16、5组黄磷电炉变压器保护测控屏17、2组输电线路 保护测控屏18、黄磷炉渣水淬乏蒸汽发电机保护屏19、安防设施20和光 纤电缆21、北斗或GPS授时装置22、调制解调器23和打印机24组成的 双环网DCS控制保护系统。

实现了对黄磷循环清洁生产全系统的集中控制和保护，解决了各子系统 之间连锁联动和保护问题，既减少了运行人员90人，节约运行成本450万 元以上，提高了劳动生产率，又大大改善了运行环境。

同时还解决了黄磷尾气净化系统、黄磷尾气锅炉、黄磷尾气辅助增压锅 炉、钾长石与纯碱煅烧装置之间在因黄磷电炉事故、故障、换电极、检修等 导致停气或供气量减少，使得用气单元生产线可全部或部分按预设程序自动 停机保护连锁并配置现场与控制中心的声光报警提示。可以减少停气系统空 转时间，降低动力消耗，提高产品成品率。

此外，实现了磷铁回收黄磷、氧化铁红及贵重金属系统充氮系统的氮气 与磷化氢气体浓度在线检测，和磷化氢气体浓度与氮气浓度比高于1/19w/w 时黄磷、氧化铁红及贵重金属系统自动停机保护连锁并配置现场与控制中心 的声光报警提示。可以大大提高系统安全水平，降低事故、故障率，提高产 品成品率。实现了黄磷企业与电网调度中心的语音和数据通讯，确保了电网 调度令的及时、准确发送。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本 发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明 的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发 明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护 范围由权利要求及其等同物限定。