鄭建國(guó)， 王興忠， 陳曙彤， 石德龍， 莫春萍， 史立軍

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司, 甘肅蘭州 730060)

基于“智能、綠色、服務(wù)”轉(zhuǎn)型升級(jí)的陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備

鄭建國(guó)， 王興忠， 陳曙彤， 石德龍， 莫春萍， 史立軍

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司, 甘肅蘭州 730060)

在硫酸工業(yè)智能制造和綠色生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程中，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司對(duì)陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)改造，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、軟件技術(shù)，大力發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備的智能化和智能管理，提升陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備的環(huán)保性能；使陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備全面融入硫酸工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程，促進(jìn)了硫酸工業(yè)發(fā)展進(jìn)步。

硫酸生產(chǎn) 陽(yáng)極保護(hù)技術(shù) 設(shè)備 智能管理 改造 應(yīng)用

20世紀(jì)80年代天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)天華院)自主研發(fā)了陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸冷卻器(簡(jiǎn)稱(chēng)“陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器”)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，成功替代了價(jià)格昂貴的進(jìn)口產(chǎn)品，并以其占地小、無(wú)污染、易維護(hù)等特點(diǎn)淘汰了落后的鑄鐵排管冷卻器，使得硫酸生產(chǎn)干吸流程變得綠色清潔、高效、安全，綜合效益明顯，很快被廣大硫酸企業(yè)接受，得到了迅速普及。20世紀(jì)90年代中天華院逐步將陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)推廣應(yīng)用，又相繼研發(fā)了陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸分酸器、陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸管道、陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸槽。產(chǎn)品覆蓋了整個(gè)干吸工序，完全解決了濃硫酸腐蝕問(wèn)題，極大地促進(jìn)了我國(guó)硫酸工業(yè)的發(fā)展。

30年來(lái)，硫酸工業(yè)技術(shù)進(jìn)步蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模向大型化、生產(chǎn)工藝向高溫化發(fā)展。天華院司陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備與時(shí)俱進(jìn)、改進(jìn)創(chuàng)新，從創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、新型耐腐蝕材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等方面提升陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的綜合效能，使其向高端設(shè)備發(fā)展。

《中國(guó)制造2025》的提出，“智能制造、綠色制造”等全新生產(chǎn)方式及管理理念深刻影響和改變了化工行業(yè)的發(fā)展路徑。硫酸工業(yè)等傳統(tǒng)制造業(yè)在產(chǎn)能過(guò)剩、供給側(cè)改革的大環(huán)境下迎來(lái)了新的機(jī)遇，生產(chǎn)流程的“智能制造”和“綠色生產(chǎn)”是節(jié)能減排、精益生產(chǎn)的有效手段，是轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇。天華院作為陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備(簡(jiǎn)稱(chēng)“陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備”)的供應(yīng)商，在行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，以“智能制造、綠色生產(chǎn)”理念為向?qū)?，發(fā)展創(chuàng)新智能化的、綠色無(wú)污染的陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備；并努力發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，為陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備運(yùn)行全過(guò)程提供專(zhuān)業(yè)的技術(shù)保障，見(jiàn)圖1。

圖1 陽(yáng)極保護(hù)工作成果

1 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)原理[1]

向浸在電解質(zhì)溶液中的金屬電極施加正向直流電，金屬的電極電位會(huì)升高，這種現(xiàn)象稱(chēng)作陽(yáng)極極化。具有鈍化性?xún)A向的金屬在進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)，如果電流達(dá)到足夠的數(shù)值，在金屬表面上能夠生成一層具有很高耐蝕性能的鈍化膜而使電流減少，金屬呈鈍化狀態(tài)。持續(xù)給金屬施加較小的電流，就可以維持這種鈍態(tài)，從而減緩金屬的腐蝕。這就是陽(yáng)極保護(hù)的基本原理。典型的鈍性金屬陽(yáng)極極化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 典型的鈍性金屬陽(yáng)極極化曲線(xiàn)

圖2中表現(xiàn)出四個(gè)特性區(qū)域：

1) AB段(活化區(qū))：在A(yíng)點(diǎn)，外加電流為0，金屬處于自腐蝕狀態(tài)，自腐蝕電位為EA；當(dāng)通以陽(yáng)極電流時(shí)，其電流密度隨電位的升高而增加；金屬表面持續(xù)失去電子，處于活化溶解狀態(tài)，其電極反應(yīng)如下：Me→Men++ne；

2) BC段(過(guò)渡區(qū))：電位升過(guò)B 點(diǎn)后外加電流密度迅速下降，到C點(diǎn)降到最小值，金屬表面進(jìn)入鈍化狀態(tài)。BC區(qū)金屬表面處于活化/鈍化不穩(wěn)定狀態(tài)，故將此區(qū)域叫做過(guò)渡區(qū)。

3) CD段(鈍化區(qū))：從C點(diǎn)到D點(diǎn)，電位變化時(shí)外加陽(yáng)極電流密度變化很小，金屬表面形成穩(wěn)定的氧化物鈍化膜，使金屬腐蝕極大的減弱，故將此區(qū)域叫做鈍化區(qū)。電極反應(yīng)如下：3H2O+2Me→Me2O3+6H++6e；

4) DE段(過(guò)鈍化區(qū))：金屬的電位會(huì)升高至DE區(qū)，金屬表面產(chǎn)生了新的電極反應(yīng)，鈍化膜轉(zhuǎn)化成高價(jià)化合物而受到破壞，金屬腐蝕重新加劇，故將此區(qū)域叫做過(guò)鈍化區(qū)。電極反應(yīng)如下：Me2O3+4H2O→Me2O72-+8H++6e；

陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸設(shè)備是將與濃硫酸接觸的設(shè)備全部表面作為陽(yáng)極(接整流電源正極)，另外設(shè)置一根或數(shù)根陰極(接整流電源負(fù)極)，通過(guò)濃硫酸形成電流回路。向設(shè)備施加一定的陽(yáng)極電流，使其產(chǎn)生陽(yáng)極極化，較迅速地進(jìn)入鈍化區(qū)并維持其電位在這個(gè)區(qū)域，依靠在鈍化區(qū)形成的鈍化膜減緩濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕。

1.2 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的構(gòu)成

以陽(yáng)極保護(hù)酸冷器為例，陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖3，陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備由設(shè)備本體和恒電位儀兩個(gè)主要部分構(gòu)成。

圖3 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成

設(shè)備本體包括陽(yáng)極、陰極、參比電極(分為控參和監(jiān)參)。陽(yáng)極(即與濃硫酸接觸的不銹鋼)是被保護(hù)對(duì)象；陰極起導(dǎo)通電流的作用，與陽(yáng)極構(gòu)成電流回路；參比電極用以讀取陽(yáng)極的電位變化。

恒電位儀是微電腦智能型電位控制儀器，功用是自動(dòng)地調(diào)節(jié)輸出電流使陽(yáng)極電位恒定在保護(hù)電位上，在恒定電位的過(guò)程中同時(shí)控制輸出電流在規(guī)定范圍以?xún)?nèi)；并具有參數(shù)調(diào)節(jié)、故障報(bào)警、自動(dòng)/手動(dòng)切換、Modbus數(shù)字通訊等功能。

1.3 陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)控制原理[2]

就陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備而言，設(shè)備運(yùn)行的好壞由陽(yáng)極保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)(即給定電位值、控參電極電位(控參)、監(jiān)參電極電位(監(jiān)參)、電流、電壓)以及工藝參數(shù)等決定，工藝參數(shù)主要由現(xiàn)場(chǎng)的工況決定。陽(yáng)極保護(hù)控制原理見(jiàn)圖4。

圖4 陽(yáng)極保護(hù)控制原理

給定電位值是人為給定的一個(gè)參數(shù)，即根據(jù)陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的需要進(jìn)行設(shè)定，將其設(shè)定在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行所需電位的范圍之內(nèi)，一般設(shè)定在+250 mV左右。陽(yáng)極保護(hù)的目標(biāo)就是通過(guò)調(diào)節(jié)電流，使得控參與給定值保持相等，而電流的變化取決于現(xiàn)場(chǎng)的工藝條件。監(jiān)參是設(shè)備的另一個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，不參與控制，只是監(jiān)測(cè)設(shè)備另一端的電位，此值需在保護(hù)范圍內(nèi)，一般在-100 mV到+600 mV。

2 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的智能制造

陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況與生產(chǎn)裝置的工藝情況息息相關(guān)，因工藝波動(dòng)引起的陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)操作較多，提升陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的智能化水平有助于減少人工干預(yù)操作、提升對(duì)設(shè)備的全面感知能力和預(yù)警能力，對(duì)提高生產(chǎn)過(guò)程的柔性和連續(xù)性意義重大。為此該公司共開(kāi)發(fā)了三套智能化系統(tǒng)，即陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)、“DCS系統(tǒng)參數(shù)”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。

2.1 陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建“陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)”，實(shí)施遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。該系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)端陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并完成對(duì)陽(yáng)極保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、隱患預(yù)警等功能的智能化系統(tǒng)；其是將傳統(tǒng)的監(jiān)控、預(yù)警技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合的一種新型設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下功能：① 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警(手機(jī)短信報(bào)警和終端報(bào)警)；② 遠(yuǎn)程故障診斷、處理；③ 遠(yuǎn)程在線(xiàn)維護(hù)、調(diào)試；④ 數(shù)據(jù)集成分析、共享共用；⑤ 可追溯管理。

在“陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)”中物聯(lián)網(wǎng)適配器起到數(shù)據(jù)傳輸中樞的作用，陽(yáng)極保護(hù)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳送以及遠(yuǎn)端控制指令的接收均由該裝置完成，其主要由信號(hào)收發(fā)及協(xié)議轉(zhuǎn)化裝置、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)裝置組成。圖5以陽(yáng)極保護(hù)信號(hào)傳輸(監(jiān)測(cè)、控制)過(guò)程說(shuō)明了其功能。

圖5 陽(yáng)極保護(hù)信號(hào)傳輸(監(jiān)測(cè)、控制)過(guò)程

如圖5所示，陽(yáng)極保護(hù)信號(hào)(參數(shù))首先被傳送至物聯(lián)網(wǎng)適配器進(jìn)行通訊協(xié)議格式轉(zhuǎn)換，然后傳送至陽(yáng)極保護(hù)監(jiān)控中心；同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)適配器判定陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)正常與否，若異常則通過(guò)手機(jī)短信報(bào)警；其次，監(jiān)控中心對(duì)陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)進(jìn)行最終分析、處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷、維護(hù)、管理等，從而完成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)過(guò)程。相反，監(jiān)控中心或監(jiān)控終端也可對(duì)恒電位儀的控制參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，修改后的控制參數(shù)傳送給物聯(lián)網(wǎng)適配器進(jìn)行通訊協(xié)議格式轉(zhuǎn)換，并傳送給指定的恒電位儀，進(jìn)而完成遠(yuǎn)程控制過(guò)程。

2.2 “DCS系統(tǒng)參數(shù)”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

“DCS系統(tǒng)參數(shù)”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由天華院根據(jù)用戶(hù)需求開(kāi)發(fā)的一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)DCS系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對(duì)硫酸企業(yè)生產(chǎn)的工藝參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，使硫酸企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作人員及設(shè)備制造廠(chǎng)家工程師在任何地方使用手機(jī)端或電腦端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況。為硫酸生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題提供了可靠地保證，提高了硫酸生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性?！癉CS系統(tǒng)參數(shù)”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊見(jiàn)圖6。

圖6 “DCS系統(tǒng)參數(shù)”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊

2.3 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)

2.3.1 診斷系統(tǒng)介紹

基于前文所述陽(yáng)極保護(hù)控制原理，采用asp語(yǔ)言和故障樹(shù)技術(shù)開(kāi)發(fā)了陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體框架主要由故障查詢(xún)模塊、數(shù)據(jù)診斷模塊、瀏覽模塊三部分組成，見(jiàn)圖7。

圖7 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)框架

1) 故障查詢(xún)模塊主要功能：用戶(hù)手動(dòng)向系統(tǒng)輸入故障現(xiàn)象，系統(tǒng)進(jìn)行模糊搜索，從數(shù)據(jù)庫(kù)中找出于之匹配的故障原因，用戶(hù)可以逐級(jí)匹配查看，粗略的進(jìn)行故障排除；

2) 數(shù)據(jù)診斷模塊主要功能：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)參數(shù)傳輸(或手動(dòng)輸入設(shè)備運(yùn)行參數(shù))到診斷系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)綜合運(yùn)用各種規(guī)則，將輸入數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行匹配、判斷，確定故障類(lèi)型，快速地找到最終故障或最有可能的故障，再由用戶(hù)來(lái)逐一排查，最終解決故

障問(wèn)題；

3) 瀏覽模塊主要功能：向用戶(hù)展現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障的各種類(lèi)型，以及相應(yīng)的解決方法，供用戶(hù)隨時(shí)查看、了解設(shè)備的基本特性，以及了解設(shè)備的故障類(lèi)型及相應(yīng)的解決措施。

2.3.2 故障診斷系統(tǒng)診斷流程

基于故障樹(shù)分析技術(shù)，畫(huà)出相應(yīng)的故障樹(shù)圖?？梢垣@取故障產(chǎn)生的根本原因，從而清晰的判斷故障類(lèi)型，再依據(jù)不同的故障類(lèi)型，畫(huà)出故障檢修流程圖，最終排除設(shè)備故障。這就是陽(yáng)極保護(hù)故障診斷系統(tǒng)最核心的內(nèi)容。

下面以陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備電流出現(xiàn)異常為例，通過(guò)故障樹(shù)技術(shù)分析、找出可能的故障類(lèi)型，見(jiàn)圖8；同時(shí)，表1給出了故障原因及相應(yīng)的解決措施，圖9給出了表1(Ⅰ)故障檢修步驟。

圖8 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備電流異常故障樹(shù)

3 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的綠色生產(chǎn)

3.1 陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器的綠色生產(chǎn)

陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器替代傳統(tǒng)鑄鐵排管冷卻器的過(guò)程即是一種綠色生產(chǎn)的過(guò)程：鑄鐵排管冷卻器采用水噴淋冷卻方式，換熱效率低占地面積大、冷卻水蒸發(fā)量大、且經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏事故污染水體，甚至危及人身安全。陽(yáng)極保護(hù)酸冷器是一種列管式換熱器，傳熱效率高占地小、耐蝕性好、冷卻水循環(huán)利用，生產(chǎn)過(guò)程綠色高效。

3.2 陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器漏酸報(bào)警裝置

3.2.1 漏酸報(bào)警原理

陽(yáng)極保護(hù)酸冷卻器在使用過(guò)程中不可避免地發(fā)生漏酸事故，漏酸過(guò)程特點(diǎn)是：濃硫酸浸入循環(huán)水稀釋放熱形成高溫稀硫酸，高溫稀酸腐蝕性極強(qiáng)，會(huì)短時(shí)間造成泄漏點(diǎn)擴(kuò)大并嚴(yán)重腐蝕設(shè)備；另一方面會(huì)大面積污染數(shù)萬(wàn)乃至數(shù)十萬(wàn)噸循環(huán)水，產(chǎn)生大量酸性水中和、外排難題。可見(jiàn)，若能在漏酸事故發(fā)生的第一時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確報(bào)警并處理可將漏酸事故的損失降至最低，既可避免酸冷卻器損壞擴(kuò)大、設(shè)備短時(shí)間可修復(fù)，又可減少水體污染。

針對(duì)酸冷卻器漏酸可能發(fā)生的漏酸情況，當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)通常采用pH計(jì)或電導(dǎo)率儀監(jiān)測(cè)循環(huán)水，但pH計(jì)前端為附有水合凝膠層的玻璃膜球泡，易被工業(yè)循環(huán)水污染失效，產(chǎn)生報(bào)警延時(shí)或不報(bào)警等問(wèn)題；由于循環(huán)水蒸發(fā)或循環(huán)水中添加阻垢劑，引起水電導(dǎo)率升高，電導(dǎo)率儀易發(fā)生誤報(bào)警。

鑒于上述原因，天華院開(kāi)發(fā)了基于“表面膜化學(xué)反應(yīng)”原理的漏酸報(bào)警傳感器。傳感器采用對(duì)OH-和H+敏感的特種材料制作。當(dāng)處于不同pH值的溶液中，以高頻交變電擾動(dòng)其表面，擾動(dòng)下金屬表面與OH-和H+產(chǎn)生不同的化學(xué)反應(yīng)，不同的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生差異較大的表面膜狀態(tài)；反饋信號(hào)可準(zhǔn)確表征金屬表面膜狀態(tài)，信號(hào)值k與pH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖10。

表1 陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障原因及相應(yīng)的解決措施

圖9 故障類(lèi)型為大電流時(shí)，檢修步驟

從圖中可以看出，pH值在5～8時(shí)信號(hào)值比較平穩(wěn)，當(dāng)pH值<4時(shí)，信號(hào)值跳躍式增長(zhǎng)，可見(jiàn)此特種金屬對(duì)pH值反應(yīng)敏感，將E3設(shè)置為報(bào)警限值，當(dāng)信號(hào)值超過(guò)E3時(shí)即在漏酸報(bào)警裝置上聲光報(bào)警。

3.2.2 漏酸報(bào)警裝置的應(yīng)用

實(shí)際應(yīng)用中，漏酸報(bào)警傳感器標(biāo)配安裝于冷卻器的出水口。若發(fā)生漏酸，酸隨水流至水出口位置，傳感器即發(fā)生報(bào)警，報(bào)警非常及時(shí)；并且該報(bào)警傳感器通用性強(qiáng)，即便在水質(zhì)較差的環(huán)境(表面粘附水垢、污物)也不會(huì)被污染失效；可靠、靈敏、及時(shí)的特性使其在工況條件下的漏酸監(jiān)測(cè)中遠(yuǎn)優(yōu)于pH計(jì)或電導(dǎo)率儀。

圖10 信號(hào)值k與pH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

漏酸報(bào)警裝置配置了標(biāo)準(zhǔn)RS-485串行接口，采用Modbus通訊協(xié)議，漏酸監(jiān)測(cè)數(shù)值可方便的上傳至上層DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和中控室同時(shí)報(bào)警；讀取漏酸監(jiān)測(cè)值還可達(dá)成與循環(huán)水泵、循環(huán)酸泵的智能協(xié)同，條件允許的情況下，系統(tǒng)自主關(guān)閉循環(huán)泵，避免漏酸損壞和漏酸污染進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.3 陽(yáng)極保護(hù)分酸器的環(huán)保性能升級(jí)

硫酸工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，環(huán)保問(wèn)題占據(jù)越來(lái)越重要的地位。GB 26132—2010《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》將二氧化硫排放限值由960 mg/m3大幅降低至400 mg/m3。這對(duì)硫酸生產(chǎn)裝置提出了更高的環(huán)保要求，提高干吸塔的吸收能力可顯著降低尾氣中二氧化硫的濃度。硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)使用的干吸塔均為填料塔, 其性能的優(yōu)劣既取決于填料本身的性能，也取決于分酸器的性能。分酸器的性能直接影響著硫酸的均勻分布, 影響到氣體的分布、填料的有效潤(rùn)濕面積和傳質(zhì)效率, 最終影響整個(gè)塔的吸收率。

2006年前，硫酸生產(chǎn)裝置干吸塔普遍采用鑄鐵材質(zhì)的管式分酸器。管式分酸器的分酸方式為帶壓噴淋，上塔酸管路阻力加大，酸泵功率消耗高；管式分酸器分酸點(diǎn)密度低(20個(gè)/m2)，易存在分酸死區(qū)；噴酸口易發(fā)生堵塞或沖刷腐蝕，噴酸口腐蝕后分酸均勻性變差。

天華院開(kāi)發(fā)的陽(yáng)極保護(hù)槽管式分酸器分酸方式為二級(jí)靜壓分酸，從分酸主管到分酸支管為第一級(jí)分酸，分酸槽到各降液管為第二級(jí)分酸，第二級(jí)分酸利用分酸槽內(nèi)的平衡液位進(jìn)行靜壓分酸。陽(yáng)極保護(hù)分酸器分酸點(diǎn)(降液管出酸口)在塔圓周截面呈均勻性布置, 減小了壁流效應(yīng)，且分酸點(diǎn)密度高(≥40個(gè)/ m2)。

在陽(yáng)極保護(hù)分酸器應(yīng)用過(guò)程中，逐步對(duì)其創(chuàng)新

改進(jìn)，如① 采用Fluent軟件對(duì)第一級(jí)分酸進(jìn)行模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)后各分酸支管硫酸流速均勻，阻力降減?。虎?各分酸槽之間設(shè)置連通槽，使得分酸槽內(nèi)液面一致、平穩(wěn)，這兩項(xiàng)改進(jìn)大大改善了整個(gè)塔截面硫酸的分布。另外，創(chuàng)新降液管結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為“溢流槽”結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)解決了降液管堵塞問(wèn)題，并增加了生產(chǎn)操作彈性(分酸槽液位可調(diào)節(jié)范圍100 mm，上塔酸量±20%調(diào)節(jié))。

陽(yáng)極保護(hù)分酸器的使用大大提高了干吸塔的吸收率，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益明顯：① 可減小塔徑、降低塔高、降低塔填料高度, 相應(yīng)減少干吸塔的投資；② 減少了煙氣酸沫夾帶、避免后續(xù)設(shè)備腐蝕；③ 有效降低尾氣對(duì)大氣環(huán)境的污染，促進(jìn)了硫酸的綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

以“智能制造、綠色生產(chǎn)”理念為導(dǎo)向，對(duì)陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備進(jìn)行的創(chuàng)新升級(jí)，賦以陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備“智能、綠色、服務(wù)”的新內(nèi)涵，提高了陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)能力和附加值。

1) 借助物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)顯著提高了陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的智能化管理和智能化決策水平。

2) “陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備故障智能排查、智能反饋。

3) “陽(yáng)極保護(hù)酸冷器漏酸報(bào)警裝置”及“陽(yáng)極保護(hù)分酸器的環(huán)保性能升級(jí)”降低了硫酸生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境污染，促進(jìn)了硫酸工業(yè)的綠色升級(jí)。

4) “陽(yáng)極保護(hù)”微信公眾號(hào)切實(shí)為硫酸生產(chǎn)提供了陽(yáng)極保護(hù)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)性技術(shù)服務(wù)，為硫酸生產(chǎn)過(guò)程提供了技術(shù)支撐[2]。

陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備的“智能、綠色、服務(wù)”轉(zhuǎn)型升級(jí)協(xié)同于硫酸工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，為其他設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了借鑒意義。

[1] 鄭建國(guó)，王興忠，鄭偉偉，等.基于物聯(lián)網(wǎng)和故障樹(shù)技術(shù)的陽(yáng)極保護(hù)遠(yuǎn)程系統(tǒng)介紹[J].硫酸工業(yè)，2013(2)：32-35.

[2] 鄭建國(guó)，李建華，王興忠，等.陽(yáng)極保護(hù)微信公眾平臺(tái)的搭建及應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2015(5)：66-70.

Anodeprotectionofconcentratedsulphuricacidequipmentbasedonsmart,green,servicetransformationandupgrading

ZHENGJianguo,WANGXingzhong,CHENShutong,SHIDelong,MOChunping,SHILijun

(Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co., Ltd., Lanzhou, Gansu, 730060, China)

Intelligent manufacturing and green manufacturing are the key to the transformation and upgrading of sulphuric acid industry. The company made a complete revamping of the anode protection concentrated sulphuric acid equipment. Integrated use of Internet of Things information technology, sensor technology, software technology promoted productive services, achieving anodically protected concentrated sulphuric acid plant intelligent and intelligent management, enhancing environmental protection performance of concentrated sulphuric acid equipment for anode protection. Anode protection of concentrated sulphuric acid equipment has been fully integrated into the sulphuric acid industrial restructuring and upgrading process, promoting the development of sulphuric acid industry.

sulphuric acid production; anodic protection technology; equipment; intelligent management； transformation; application

2017-08-28。

鄭建國(guó)，男，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)工作。電話(huà)：13909461164；E-mail：dianhuaxue@126.com。

TQ111.16;TQ051.5

B

1002-1507(2017)11-0048-06