宋 凱

(中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院,吉林吉林 132002)

0 引 言

近年來隨著石化行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,化工廢水的處理已成為國家污染控制的重點(diǎn),面臨著巨大的減排壓力。丙烯酸和丙烯酸酯裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水具有毒性大、COD值高、色澤深、酸性強(qiáng)的特點(diǎn),大部分都是生物難降解的污染物質(zhì),對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康有很大的危害。因此丙烯酸廢水處理作為丙烯酸和丙烯酸酯裝置不可缺少的組成部分和重要的環(huán)節(jié),不僅關(guān)系到整個(gè)裝置能否達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),更重要的是關(guān)系到環(huán)保安全。該文根據(jù)某丙烯酸裝置的現(xiàn)狀重點(diǎn)分析丙烯酸廢水裝置中焚燒爐的自動(dòng)控制方案。

1 工藝流程簡述

丙烯酸廢水處理裝置主要由廢水濃縮單元、COD分解單元和除銅處理三個(gè)單元構(gòu)成,其中廢水濃縮單元是裝置的核心單元,工藝流程如圖1所示。廢水濃縮將來自界區(qū)的丙烯酸廢水和丙烯酸酯廢水分別經(jīng)過中和罐、汽提塔、蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)處理,使廢水的體積縮減到原體積的30%,最后將產(chǎn)生的氣體送至焚燒爐焚燒。焚燒爐有一個(gè)主燃器和一個(gè)焚燒室,易燃的組分被輸送進(jìn)主燃器,廢水通過焚燒室頂肩部的注射器被霧化,進(jìn)入焚燒室在大約950℃的溫度下連續(xù)燃燒2 s,然后被完全分解成二氧化碳、水和氮?dú)獾扰胖链髿?同時(shí)在廢氣中的硫和鈉產(chǎn)生反應(yīng),生成無機(jī)熔融鹽(硫酸鈉)。這些無機(jī)熔融鹽與燃燒產(chǎn)生的灰塵進(jìn)入焚燒爐底部的急冷器、洗滌器等設(shè)備,經(jīng)除塵處理后排放。

2 焚燒爐的控制方案

焚燒爐是廢水處理的關(guān)鍵設(shè)備,主要用于焚燒丙烯酸和丙烯酸酯的重組分廢液和廢蒸氣。

廢水處理裝置采用PLC進(jìn)行控制,并與主裝置的DCS采用Modbus總線連接,DCS為DeltaV系統(tǒng),安全儀表系統(tǒng)(SIS)采用 H1 41/51q系統(tǒng)。PLC, DCS,SIS為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),其示意如圖2所示。

圖1 工藝流程示意

2.1 進(jìn)料控制

焚燒爐的進(jìn)料一共有三種,即重組分廢液、來自界區(qū)外的廢氣及來自1號(hào)、2號(hào)汽提塔的氣相出料。以下主要對(duì)重組分廢液進(jìn)料控制進(jìn)行分析。

進(jìn)料控制是由重組分入口流量控制器 FIC-8205與助燃空氣入口流量控制器FIC-8202組成雙閉環(huán)流量比值調(diào)節(jié)回路,根據(jù)燃燒重組分所需助燃空氣的量來設(shè)定比率設(shè)定器 FrI-8205的設(shè)定值,該控制回路的特點(diǎn)是既能保持流量成比值,又由于進(jìn)料流量和助燃空氣流量均構(gòu)成了閉合回路,這樣進(jìn)料流量和助燃空氣流量均能克服各自系統(tǒng)中的干擾,使進(jìn)料流量和助燃空氣流量都比較平穩(wěn),并使得系統(tǒng)總負(fù)荷也比較平穩(wěn),確保了重組分在焚燒爐內(nèi)的充分燃燒。

考慮到進(jìn)料波動(dòng)和壓力過低時(shí)對(duì)焚燒爐的安全保護(hù),在進(jìn)料入口管線處設(shè)有壓力低低聯(lián)鎖和安全聯(lián)鎖切斷閥XXV-8204,用以切斷進(jìn)料。

2.2 助燃空氣控制

焚燒爐助燃空氣的進(jìn)量由空氣鼓風(fēng)機(jī)B-8201來完成,其空氣量的大小由流量控制器FIC-8202控制。為了使助燃空氣量滿足重組分及燃料氣的配比關(guān)系,將控制器FIC-8205計(jì)算后的進(jìn)料量與燃料氣量經(jīng)過加法器 FY-8201計(jì)算后作為 FIC-8202的給定,它是以過量的空氣比來計(jì)算燃料氣所需的助燃空氣量,以保證焚燒爐助燃空氣的安全供給。如果助燃空氣不足,會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒,污染環(huán)境,使進(jìn)入急冷器的燃燒氣中夾帶碳粉顆粒,如果助燃空氣過量,雖然能使重組分得以完全燃燒,但同時(shí)也帶走了焚燒爐的溫度,造成能量的浪費(fèi),并容易使主燃燒器熄火,導(dǎo)致聯(lián)鎖停車。為此在入口管線處設(shè)有壓力低聯(lián)鎖和空氣鼓風(fēng)機(jī)故障停的安全聯(lián)鎖,聯(lián)鎖信號(hào)引入SIS。

2.3 燃料氣控制

燃料氣作為焚燒爐的能源供給,其控制的好壞直接關(guān)系到焚燒爐的燃燒質(zhì)量和安全。來自界區(qū)外的1.2 MPa燃料氣經(jīng)自力式壓力調(diào)節(jié)閥減壓至0.1 MPa,采用節(jié)流裝置加差壓變送器測(cè)得燃料氣的流量,其流量控制器FIC-8201與焚燒爐溫度控制器TICA-8201組成串級(jí)調(diào)節(jié)回路。同時(shí)燃料氣的流量信號(hào)經(jīng)比率設(shè)定器 FrI-8201送至加法器FY-8201,用以控制助燃空氣量。

為避免燃料氣壓力過低實(shí)施對(duì)焚燒爐的安全保護(hù),在燃料氣入口管線處設(shè)有壓力低低聯(lián)鎖和2個(gè)安全聯(lián)鎖切斷閥XXV-8201A/B及1個(gè)安全聯(lián)鎖放空閥XXV-8201C,用以切斷燃料氣源和開啟安全放空閥。

圖2 焚燒爐控制方案示意

燃料氣的另一支路被送至焚燒爐的長明燈噴嘴,同樣在管線上設(shè)置了2個(gè)安全聯(lián)鎖切斷閥XXV-8202A/B及1個(gè)安全聯(lián)鎖放空閥XXV-8202C。

2.4 火焰監(jiān)測(cè)控制

在焚燒爐的頂端設(shè)有2臺(tái)火焰監(jiān)測(cè)器AIA-8251/AIA-8152,對(duì)火焰連續(xù)檢測(cè),實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)態(tài)火焰信號(hào),一旦爐內(nèi)發(fā)生熄火或點(diǎn)火失敗,立即自動(dòng)切斷燃料氣路、進(jìn)料供給,警報(bào)系統(tǒng)完善,安全可靠,為焚燒爐提供了穩(wěn)定可靠的火焰品質(zhì)信息,使操作人員提前預(yù)防和解決存在的問題。

3 安全儀表系統(tǒng)

丙烯酸裝置具有工藝過程復(fù)雜、規(guī)模大、易燃、易爆、有毒、有害、腐蝕等特點(diǎn),對(duì)SIS的安全性、可靠性要求都比較高。因此該裝置采用的是四重化冗余容錯(cuò)自診斷(2oo4D)結(jié)構(gòu)的SIS,其容錯(cuò)功能使得系統(tǒng)中任何一個(gè)部件發(fā)生故障,均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,從而最大限度地保障裝置及操作人員在生產(chǎn)裝置出現(xiàn)故障或潛在危險(xiǎn)時(shí)處于安全狀態(tài)或?qū)⑽：档偷阶钚　?/p>

3.1 安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)

焚燒爐在SIS上設(shè)置了很多的相關(guān)聯(lián)鎖條件,主要包括燃料氣壓力低低 PALL-8210(25 kPa);重組分進(jìn)料壓力低低PALL-8211(0.35 MPa);霧化空氣壓力低低PSLL-8202(0.45 MPa);助燃空氣壓力低低 PALL-8201(20 kPa);廢氣壓力低低PALL-8212(20 kPa);霧化蒸汽壓力低低PSLL-8201 (0.35 MPa);焚燒爐溫度低低TALL-8202(850/400℃);急冷器出口溫度高高 TALL-8203(100℃);急冷器液位高高LALL-8201(40%)。

當(dāng)以上聯(lián)鎖條件成立時(shí),SIS會(huì)立刻動(dòng)作,切斷進(jìn)料,開啟安全放空閥,關(guān)閉動(dòng)力源,切斷燃料氣等執(zhí)行元件。

3.2 可靠性設(shè)計(jì)

為了使SIS能充分發(fā)揮其應(yīng)有的功能,檢測(cè)與執(zhí)行元件的可靠性最為關(guān)鍵。除了選用高可靠度的執(zhí)行元件外,對(duì)檢測(cè)和執(zhí)行元件的冗余也是必不可少的重要手段。該裝置對(duì)焚燒爐溫度在原有一套(TICA-8201)基礎(chǔ)上又作了冗余設(shè)計(jì)(TIA-8202)。對(duì)重組分進(jìn)料切斷閥、燃料氣主燃燒器切斷閥、燃料氣長明燈噴嘴切斷閥都作了冗余設(shè)計(jì),充分增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4 結(jié)束語

通過以上控制方案可以看出,在焚燒爐的控制過程中,爐溫、爐壓、進(jìn)料量、燃燒氣量、助燃空氣量等參數(shù)之間會(huì)相互影響、相互制約。該裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過程中進(jìn)一步優(yōu)化控制方案,結(jié)果證明,焚燒爐各項(xiàng)控制指標(biāo)均達(dá)到要求,該控制方案效果理想,使重組分進(jìn)料、燃料氣、助燃空氣之間的進(jìn)料比完全滿足生產(chǎn)要求,為丙烯酸及丙烯酸酯整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障。

[1] 陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動(dòng)控制手冊(cè)[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

[2] 邱宣振,賀大運(yùn),姜國平.工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)[C].國際教科文出版社,2004.

[3] 王樹清,樂嘉謙.自動(dòng)化與儀表工程師手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[4] 石小峰,樊伯昌.溫度控制策略在廢水焚燒爐中的應(yīng)用[J].甘肅科技,2008,24(20):91-92.

[5] 夏衛(wèi)平.焚燒爐燃燒過程中的控制[J].杭州化工,2005,35 (2):23-26.

[6] 朱宏毅.丙烯腈裝置反應(yīng)器主要控制系統(tǒng)剖析[J].石油化工自動(dòng)化,2003,39(5):14-16.

[7] 汪 琦.化工焚燒爐的燃燒過程和結(jié)構(gòu)類型[J].化工裝備技術(shù),2004,25(3):44-47.

[8] 余秉權(quán).焚燒爐控制系統(tǒng)[J].石油化工自動(dòng)化,2003,39 (6):31-33.

[9] 國家發(fā)展和改革委員會(huì).SH/T 3018—2003石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,2003.

[10] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.SH 3005—1999石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,1999.