氯化氫合成工藝的自動化的改造

丁 偉，陳羽鯤

(化工部長沙設(shè)計研究院沈陽分院，遼寧 沈陽 110026)

近十年來在化工生產(chǎn)中，采用自動控制技術(shù)可以對溫度、壓力、流量、液位和成分進(jìn)行控制，使生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化操作、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低能源和原材料消耗等，從而取得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。本文針對某氯堿公司的燒堿分廠高純鹽酸工序中引入了許多國內(nèi)領(lǐng)先的自動化控制技術(shù)，通過計算機的遠(yuǎn)程控制、在線檢測、報警和連鎖等方式，將整個鹽酸系統(tǒng)與先進(jìn)的自動化DCS技術(shù)完美的融合，實現(xiàn)了對氯化氫合成過程進(jìn)行全程監(jiān)測和控制[1]。

1 氯化氫合成控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 氯化氫合成工藝流程

某氯堿公司的氯化氫合成工藝為：氯氣處理工序來氯氣及液氯工序的液化尾氣經(jīng)氯氣緩沖罐和氯氣管道阻火器并經(jīng)各自流量計、流量調(diào)節(jié)閥、切斷閥、逆止閥進(jìn)入二合一石墨合成爐；氫氣處理工序來的氫氣經(jīng)氫氣緩沖罐和氫氣管道阻火器也經(jīng)各自流量計、流量調(diào)節(jié)閥、切斷閥、逆止閥送入二合一石墨合成爐，按C12∶H2=1.00∶1.05的配比，通過人工自動點火方式進(jìn)行燃燒，生成氯化氫氣體。正常生產(chǎn)時生成的氯化氫氣體合成的氯化氫氣體經(jīng)合成爐夾套降溫后，再從合成爐的冷卻器底部導(dǎo)出。經(jīng)管道自然降溫至40℃后，進(jìn)入氯化氫分配臺。氯化氫氣體，經(jīng)一級吸收器吸收后的剩余氣體進(jìn)入二級吸收器再吸收，不凝氣體由水流噴射器抽入酸循環(huán)罐分離放空，成品酸從一級吸收器底部出來進(jìn)入鹽酸儲罐。送至燒堿罐區(qū)儲存，然后外銷。

該氯堿公司現(xiàn)有生產(chǎn)的氯化氫合成工藝過程中，采取的控制手段是工人根據(jù)觀測二合一石墨合成爐視鏡中火焰的顏色，通過工人手動調(diào)節(jié)氯、氫管路上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氯、氫流量。由于整個氯化氫合成系統(tǒng)溫度、壓力的不斷變化，通過人工手動調(diào)節(jié)方式，使得流量不夠精確，容易造成氯氣過量導(dǎo)致二合一石墨合成爐產(chǎn)出的氯化氫中含有氯氣。在制酸過程中，若氯化氫所含的游離氯過高，會形成氫氯爆炸性混和氣體，對安全造成重大隱患。為了防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)，氫氣應(yīng)控制適當(dāng)過量，但氫氣過多，也會影響生產(chǎn)效率，加大生產(chǎn)成本。

1.2 控制方案與選擇

結(jié)合上述工藝，為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制，生產(chǎn)負(fù)荷在較大范曲內(nèi)波動的不足的缺點，增加了主流量控制回路。本設(shè)計選用雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有兩個閉合回路，分別對主、副流量進(jìn)行定值控制。同時，由于比值控制器K的存在，使得主流量由受到干擾作用開始到重新穩(wěn)定在給定值這段時間內(nèi)，副流量能跟隨主流量的變化而變化。這樣不僅實現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變[2]。

氯氣流量及調(diào)節(jié)閥組成主控制回路，氫氣流量計及調(diào)節(jié)閥組成從控制回路，氯氣流量計測得的流量作為主變量在完成本回路調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，乘相應(yīng)的系數(shù)(1.05～1.10)給到從控制回路，作為從控制回路的設(shè)定值，完成從回路的回路控制。

當(dāng)主控量氯氣的流量改變時，根據(jù)比例調(diào)節(jié)，副控量氫氣的設(shè)定值也會相應(yīng)的改變，且改變一直滿足比例關(guān)系。由于各自回路是閉合回路，各自回路有保持穩(wěn)定的能力，再加上比值調(diào)節(jié)，使得整個系統(tǒng)穩(wěn)定且一直保持氫氣微過量?？刂苹芈吩韴D見圖1。

圖1 控制回路原理圖

2 氯化氫合成自動點火控制系統(tǒng)的設(shè)計

氯化氫合成爐點火期間非常危險，氫氣在封閉的爐腔內(nèi)極易產(chǎn)生爆炸事故。由于該氯堿公司現(xiàn)采用人工點火方式，存在較大的安全隱患，本文設(shè)計一套自動點火系統(tǒng)能徹底解決此安全問題，減少人為操作，點爐時不需要直接與氫氣接觸，自動點火將大大的增加安全系數(shù)。

氯化氫合成爐自動點火系統(tǒng)主要由高壓點火槍、自控閥門、現(xiàn)場操作箱、火焰檢測器、溫度傳感器等器件構(gòu)成，通過將合成爐自動點火控制程序組態(tài)到DCS系統(tǒng)中實現(xiàn)自動化點火控制，見圖2。

圖2 控制原理圖

點火燃燒器構(gòu)成：燃燒器裝置為一體化內(nèi)置型，安裝在二合一石墨合成爐上，點火完成也保留在爐膛內(nèi)，比現(xiàn)有常規(guī)的點完火之后燃燒器整體退出爐膛的方案更節(jié)省空間與安全。燃燒器裝置兼?zhèn)浔O(jiān)測二合一石墨合成爐內(nèi)壁溫度的功能，有利于對設(shè)備冷卻功能的監(jiān)視。燃燒器裝置為噴焰型，火焰長度超過合成爐半徑以上。燃燒器裝置能保證在0.1MPaG壓力狀態(tài)下的氣相零泄漏。燃燒器裝置的插入深度及設(shè)備安裝法蘭標(biāo)準(zhǔn)跟合成爐設(shè)備接口配套。

點火槍：點火槍的點火器內(nèi)置于點火槍內(nèi)，發(fā)火能量達(dá)到點燃?xì)錃獾淖畹鸵蟆?/p>

火焰探測器：點火裝置的火焰檢測具有內(nèi)部檢測與外部檢測的功能。內(nèi)部火焰檢測1臺，外部火焰檢測2臺。

控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)集成于該公司原有DCS系統(tǒng)中，可實現(xiàn)現(xiàn)場點火，亦可實現(xiàn)遠(yuǎn)傳點火功能，現(xiàn)場手動操作點火也是自動化的點火過程，同樣在現(xiàn)場能反應(yīng)出點火狀態(tài)與進(jìn)程。

系統(tǒng)點火：當(dāng)具備點火條件時，DCS給出點火指令后，啟動現(xiàn)場控制箱點火按鈕(或由DCS直接啟動點火按鈕)，DCS將自動啟動點火程序點燃點火槍，火焰檢測器檢測到火焰后將點火成功信號傳送至DCS，由DCS控制現(xiàn)場主管路氫氣、氯氣切斷閥，氫氣、氯氣小火閥，點燃二合一石墨合成爐石英燈頭火焰，至此完成自動點火程序。增加氯化氫合成爐自動點火系統(tǒng)后，大大減少了生產(chǎn)過程中的危險事故發(fā)生，提高了該公司的安全系數(shù)。

3 結(jié)論

本文對某氯堿公司現(xiàn)有的氯化氫合成系統(tǒng)進(jìn)行自動化改造。設(shè)計一套雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和一套自動點火系統(tǒng)，將原有的手動控制，改為了自動控制并將控制信號引入該公司的DCS系統(tǒng)控制，使所有控制參數(shù)自動連鎖控制。當(dāng)有危險發(fā)生時。都能利用自動系統(tǒng)進(jìn)行控制．使工藝運行處在安全狀態(tài)。

通過自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了整個氯化氫合成的自動化管理，提高了生產(chǎn)的自動化水平．使氯化氫合成更加穩(wěn)定便捷，對氯化氫生產(chǎn)過程中的控制更加安全。補充了復(fù)雜控制系統(tǒng)和安全的連鎖報警系統(tǒng)，降低了故障率，提高了生產(chǎn)中的安全可靠性，降低了現(xiàn)場操作人員和儀表維護(hù)人員的勞動強度。