摘 要：工業(yè)無(wú)水氟化氫是一種用途廣泛且有毒的化工產(chǎn)品，主要用作制取氟鹽、氟鹵烷烴、氟致冷劑、腐蝕玻璃、浸漬木材、電解元素氟等。隨著我國(guó)化工業(yè)的不斷發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展政策的提出，傳統(tǒng)的無(wú)水氟化氫生產(chǎn)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)，所以其生產(chǎn)裝置的改造勢(shì)在必行。本文僅就氟化氫生產(chǎn)裝置改造的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行一番探討。

關(guān)鍵詞：氟化工藝；自動(dòng)化改造；自動(dòng)化及選型

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ124.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0248-02

引 言

在國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的大背景下，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，工業(yè)的改革勢(shì)在必行，而在工業(yè)企業(yè)的綜合考慮下，裝置的改造是必然的。而我們今天以無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)裝置改造方案為例進(jìn)行討論。

1 氟化工藝自動(dòng)化改造關(guān)鍵點(diǎn)

1.1 粉酸配比

粉酸配比控制不當(dāng)，硫酸過(guò)量則會(huì)造成氟化氫生產(chǎn)設(shè)備、管道、管道部件被腐蝕損壞，導(dǎo)致有毒氣體（氟化氫）泄露，不僅會(huì)污染環(huán)境，還有可能會(huì)造成工作人員中毒。

1.2 回轉(zhuǎn)爐壓力

由于回轉(zhuǎn)爐設(shè)備不具有密閉性，所以其在生產(chǎn)中采用微負(fù)壓的方式來(lái)制造壓力，直接避免了有毒氣體（氟化氫）的泄露問(wèn)題。

1.3 關(guān)鍵設(shè)備的用電

無(wú)水氟化氫生產(chǎn)裝置的一些關(guān)鍵設(shè)備的用電為一級(jí)負(fù)荷，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)斷電情況，將會(huì)對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）回轉(zhuǎn)爐停止工作，反應(yīng)進(jìn)行不充分，濃硫酸腐蝕設(shè)備，氟化氫氣體（有毒）外泄，造成環(huán)境污染或人員傷亡。

（2）尾氣抽吸風(fēng)機(jī)停止工作，回轉(zhuǎn)爐的微負(fù)壓狀態(tài)失衡，造成回轉(zhuǎn)爐處氟化氫氣體（有毒）泄露。

（3）水洗循環(huán)槽磁力泵電機(jī)停止工作，無(wú)法在出現(xiàn)事故的時(shí)候，及時(shí)吸收系統(tǒng)中多余的氟化氫，影響生產(chǎn)安全。

（4）鹽水泵停止工作，設(shè)備無(wú)法得到持續(xù)的冷卻降溫，增加了設(shè)備損耗和生產(chǎn)的不安全性。

1.4 設(shè)置有毒氣體（氟化氫）報(bào)警裝置

氟化氫是劇毒物品，且有強(qiáng)腐蝕性，且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，操作控制稍有不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致氟化氫的泄露造成安全事故，所以在生產(chǎn)區(qū)域尤其是氟化氫易泄露的生產(chǎn)車(chē)間必須設(shè)置有毒氣體（氟化氫）的報(bào)警裝置。

2 粉酸配比方案及各種儀器的選擇

2.1 粉酸配比方案

關(guān)于酸料（濃硫酸、煙酸）的計(jì)算控制設(shè)備包括貯料槽、計(jì)量槽、領(lǐng)料液下泵、隔膜泵等。計(jì)量槽就是個(gè)電子秤控制系統(tǒng)，主要由三個(gè)稱(chēng)重傳感器與稱(chēng)重儀表組成，通過(guò)控制重量的上下限，來(lái)開(kāi)啟領(lǐng)酸泵。

關(guān)于粉料（螢石粉）計(jì)量控制設(shè)備包括貯料倉(cāng)、螺旋給料器、計(jì)量倉(cāng)、變頻螺旋給料器等。計(jì)量倉(cāng)同計(jì)量槽，主要通過(guò)三個(gè)稱(chēng)重傳感器傳遞信號(hào)給計(jì)算機(jī)，然后計(jì)算機(jī)再通過(guò)控重量的上下限控制來(lái)開(kāi)啟、關(guān)閉貯料倉(cāng)與計(jì)量倉(cāng)之間的螺旋給料器，并利用減量法在計(jì)量倉(cāng)正常放料過(guò)程中對(duì)粉流量進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)計(jì)一個(gè)濃硫酸、煙酸和螢石粉的比值控制系統(tǒng)，設(shè)定兩酸的PID給定值跟隨粉的質(zhì)量、流量上下波動(dòng)，確保生產(chǎn)配比穩(wěn)定，不會(huì)引起配比失調(diào)，降低回轉(zhuǎn)爐的腐蝕力度。關(guān)閉粉酸的聯(lián)動(dòng)功能，使?jié)饬蛩帷熕?、螢石粉三個(gè)分別形成獨(dú)立的定值控制系統(tǒng)，使這三種原料能夠按照設(shè)定的給料量進(jìn)行獨(dú)立工作。則系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中一旦出現(xiàn)其中一個(gè)流量測(cè)量信號(hào)不好或測(cè)量元件損壞的情況，系統(tǒng)可切換為三個(gè)單回路的定值控制，或開(kāi)環(huán)控制，以此作為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的的一項(xiàng)應(yīng)急處理手段。而這些原料的配料過(guò)程則通過(guò)采用調(diào)節(jié)變頻器的方法，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使放料速度穩(wěn)定，即三個(gè)原料配料過(guò)程為獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.2 壓力變送器

回轉(zhuǎn)爐的前導(dǎo)氣管處，溫度：80～210℃，壓力：-5～10mmH2O。

在此處進(jìn)行壓力測(cè)量的壓力變送器須滿足：抗高溫、抗微壓、耐腐蝕、含顆粒、高精度、性能可靠、差壓3051等。

2.3 稱(chēng)重儀

稱(chēng)重模塊的材質(zhì)選擇：

由于主要用于計(jì)量槽和計(jì)量倉(cāng)，所以可以選用靜轂稱(chēng)量模塊，便于安裝在各種形狀的容器上。且無(wú)水氟化氫在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程不可避免會(huì)有氟化氫氣體泄露的情況，所以空氣環(huán)境中可能存在氫氟酸氣體，遇空氣中的水蒸氣變氫氟酸，具有強(qiáng)腐蝕性，所以稱(chēng)重模塊應(yīng)選擇全不銹鋼的。

稱(chēng)重模塊的容量選擇：

由于其主要用于對(duì)槽或倉(cāng)的稱(chēng)重，所以在選擇稱(chēng)重模塊的容量時(shí)，需考慮三個(gè)因素：

（1）設(shè)備自重（mo）；

（2）設(shè)備裝滿物料時(shí)物料總重（m1）；

（3）稱(chēng)重模塊的數(shù)量（n）。除此之外，還要考慮改造加載時(shí)的粉料，可能會(huì)受到載荷分布不均以及載荷的估計(jì)不足等原因的影響，最后還要考慮環(huán)境的影響（例如風(fēng)力、沖擊、振動(dòng)等），即附加的安全系統(tǒng)f。

所以單只稱(chēng)重模塊的容量選擇，用一個(gè)公式表示為：稱(chēng)重模塊容量m1.5k（m0+m1）/n

2.4 有毒氣體報(bào)警器

首先探頭應(yīng)選擇用電化學(xué)式，其次應(yīng)選用獨(dú)立的指示報(bào)警設(shè)備，而不是那種把探頭信號(hào)直接引到DCS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行聲光報(bào)警的設(shè)備。在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，探頭輸出信號(hào)選用4～20mA（三線制）。氟化氫氣體的密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）是0.9218kg/m3，小于0.97kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），所以氟化氫比空氣輕，氣體發(fā)生泄露時(shí)，氟化氫會(huì)往上飄，所以其安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5～2m。

2.5 其他儀表

由于本文討論的主要是無(wú)水氟化氫裝置的改造項(xiàng)目，所以其他儀表（如流量計(jì)、溫度測(cè)量、調(diào)節(jié)閥等）都是在原來(lái)的儀表設(shè)備上簡(jiǎn)單改進(jìn)，此處不再贅述。

3 自動(dòng)化改造裝置背景技術(shù)及可供解決方案

現(xiàn)有的無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)設(shè)備中，精餾塔和脫氣塔內(nèi)安裝有蒸汽盤(pán)管，有一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐為該蒸汽盤(pán)管進(jìn)行供汽，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)精餾塔和脫氣塔的供熱。然而實(shí)際生產(chǎn)中，循環(huán)流化床鍋爐的能耗很大，增加企業(yè)生產(chǎn)成本，并且循環(huán)流化床鍋爐自身也要排放廢氣，不利于節(jié)能減排。而在無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)過(guò)程中，熱風(fēng)爐排出的氣體中含有很高的熱量，這部分氣體直接排入大氣，不僅浪費(fèi)了能量，而且對(duì)環(huán)境造成不利影響。為了解決以上存在的問(wèn)題，在此提出一種可供參考理想的技術(shù)解決方案。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是：一種無(wú)水氟化氫生產(chǎn)設(shè)備，包括精餾塔、脫氣塔、熱風(fēng)爐、熱循環(huán)裝置，所述熱循環(huán)裝置包括熱水槽、余熱換熱器、與所述精餾塔對(duì)接的精餾再沸器以及與所述脫氣塔對(duì)接的脫氣再沸器；所述余熱換熱器包括水箱以及用于對(duì)水加熱的氣體加熱管，所述氣體加熱管的進(jìn)氣口與所述熱風(fēng)爐的廢氣排放口連通；所述熱水槽的出水口通過(guò)進(jìn)水管道與所述精餾再沸器的加熱進(jìn)水口以及所述脫氣再沸器的加熱進(jìn)水口連通，所述精餾再沸器的加熱出水口以及所述脫氣再沸器的加熱出水口分別通過(guò)回水管道與所述水箱的進(jìn)水口連通，所述水箱的出水口通過(guò)出水管道與所述熱水槽連通；所述進(jìn)水管道上設(shè)有水泵。所述氣體加熱管繞設(shè)在所述水箱上。所述熱水槽上設(shè)有補(bǔ)水管道。連通所述所述精餾塔的底部和所述精餾再沸器的底部以及連通所述脫氣塔的底部和所述脫氣再沸器的底部的管道上均連有排污管道，各所述排污管道上均設(shè)有排污閥。利用所述熱風(fēng)爐中排出氣體的熱量，通過(guò)廢氣對(duì)水進(jìn)行加熱并且利用循環(huán)水的方式對(duì)所述精餾塔和所述脫氣塔進(jìn)行供熱，代替了現(xiàn)有技術(shù)中的循環(huán)流化床鍋爐供熱，避免了循環(huán)流化床鍋爐的能耗、消除了循環(huán)流化床鍋爐的廢氣污染、有效利用了熱風(fēng)爐中廢氣的熱量。此無(wú)水氟化氫生產(chǎn)設(shè)備具有設(shè)計(jì)科學(xué)、降低能耗、減少污染、提高廢氣利用率的優(yōu)點(diǎn)。

4 自動(dòng)化改造中的氯化工藝

氯化是分子引入氯原子的反應(yīng)，包含氯化反應(yīng)的工藝過(guò)程稱(chēng)為氯化工藝。一般是指先將液氯鋼瓶?jī)?nèi)的液氯加熱氣化，氣化后的氯氣進(jìn)入緩沖罐，然后由緩沖罐進(jìn)入氯化反應(yīng)器與其它物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，得到產(chǎn)品或中間品。

工業(yè)上氯化工藝的分類(lèi)大致有如下幾種：

首先分為無(wú)機(jī)物氯化和有機(jī)物氯化，無(wú)機(jī)物氯化又分為金屬氯化和非金屬氯化，其中，金屬氯化主要針對(duì)其四氯化鈦的制備選擇，而非金屬氯化主要應(yīng)用于氧化硼制備三氯化硼的選擇。有機(jī)物氯化分為三種：分別是，取代氯化、加成氯化、氧氯化。氯化工藝在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，但應(yīng)注意其安全性和環(huán)保性。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造后的裝置運(yùn)行情況良好，在自動(dòng)化控制水平方面跨出了一大步，大大減小人為操作不當(dāng)引發(fā)惡性事故的可能性。由于無(wú)水氟化氫在工業(yè)上的用途很廣泛，且老式的生產(chǎn)裝置改造已不適用現(xiàn)代科技與環(huán)境，所以進(jìn)行無(wú)水氟化氫的裝置改造是提高企業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)安全性的重要舉措，在提高化工企業(yè)效益，推動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展方面意義重大。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-13