丁 偉，陳羽鯤

(化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院沈陽(yáng)分院，遼寧 沈陽(yáng) 110026)

近十年來(lái)在化工生產(chǎn)中，采用自動(dòng)控制技術(shù)可以對(duì)溫度、壓力、流量、液位和成分進(jìn)行控制，使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)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(jì)效益和社會(huì)效益。本文針對(duì)某氯堿公司的燒堿分廠高純鹽酸工序中引入了許多國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的自動(dòng)化控制技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制、在線檢測(cè)、報(bào)警和連鎖等方式，將整個(gè)鹽酸系統(tǒng)與先進(jìn)的自動(dòng)化DCS技術(shù)完美的融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氯化氫合成過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)和控制[1]。

1 氯化氫合成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(lái)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(jì)、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(lái)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(jì)、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(guò)人工自動(dòng)點(diǎn)火方式進(jìn)行燃燒，生成氯化氫氣體。正常生產(chǎn)時(shí)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?gòu)暮铣蔂t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(tái)。氯化氫氣體，經(jīng)一級(jí)吸收器吸收后的剩余氣體進(jìn)入二級(jí)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(jí)吸收器底部出來(lái)進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)罐。送至燒堿罐區(qū)儲(chǔ)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(guò)程中，采取的控制手段是工人根據(jù)觀測(cè)二合一石墨合成爐視鏡中火焰的顏色，通過(guò)工人手動(dòng)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(gè)氯化氫合成系統(tǒng)溫度、壓力的不斷變化，通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，使得流量不夠精確，容易造成氯氣過(guò)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(guò)程中，若氯化氫所含的游離氯過(guò)高，會(huì)形成氫氯爆炸性混和氣體，對(duì)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(guò)量，但氫氣過(guò)多，也會(huì)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(dòng)的不足的缺點(diǎn)，增加了主流量控制回路。本設(shè)計(jì)選用雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有兩個(gè)閉合回路，分別對(duì)主、副流量進(jìn)行定值控制。同時(shí)，由于比值控制器K的存在，使得主流量由受到干擾作用開(kāi)始到重新穩(wěn)定在給定值這段時(shí)間內(nèi)，副流量能跟隨主流量的變化而變化。這樣不僅實(shí)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(jì)及調(diào)節(jié)閥組成從控制回路，氯氣流量計(jì)測(cè)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(shí)，根據(jù)比例調(diào)節(jié)，副控量氫氣的設(shè)定值也會(huì)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(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定且一直保持氫氣微過(guò)量?？刂苹芈吩韴D見(jiàn)圖1。

圖1 控制回路原理圖

2 氯化氫合成自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

氯化氫合成爐點(diǎn)火期間非常危險(xiǎn)，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(diǎn)火方式，存在較大的安全隱患，本文設(shè)計(jì)一套自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)能徹底解決此安全問(wèn)題，減少人為操作，點(diǎn)爐時(shí)不需要直接與氫氣接觸，自動(dòng)點(diǎn)火將大大的增加安全系數(shù)。

氯化氫合成爐自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)主要由高壓點(diǎn)火槍、自控閥門(mén)、現(xiàn)場(chǎng)操作箱、火焰檢測(cè)器、溫度傳感器等器件構(gòu)成，通過(guò)將合成爐自動(dòng)點(diǎn)火控制程序組態(tài)到DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化點(diǎn)火控制，見(jiàn)圖2。

圖2 控制原理圖

點(diǎn)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(diǎn)火完成也保留在爐膛內(nèi)，比現(xiàn)有常規(guī)的點(diǎn)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(cè)二合一石墨合成爐內(nèi)壁溫度的功能，有利于對(duì)設(shè)備冷卻功能的監(jiān)視。燃燒器裝置為噴焰型，火焰長(zhǎng)度超過(guò)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(diǎn)火槍：點(diǎn)火槍的點(diǎn)火器內(nèi)置于點(diǎn)火槍內(nèi)，發(fā)火能量達(dá)到點(diǎn)燃?xì)錃獾淖畹鸵蟆?/p>

火焰探測(cè)器：點(diǎn)火裝置的火焰檢測(cè)具有內(nèi)部檢測(cè)與外部檢測(cè)的功能。內(nèi)部火焰檢測(cè)1臺(tái)，外部火焰檢測(cè)2臺(tái)。

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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火，亦可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳點(diǎn)火功能，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作點(diǎn)火也是自動(dòng)化的點(diǎn)火過(guò)程，同樣在現(xiàn)場(chǎng)能反應(yīng)出點(diǎn)火狀態(tài)與進(jìn)程。

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

3 結(jié)論

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

通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)氯化氫合成的自動(dòng)化管理，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平．使氯化氫合成更加穩(wěn)定便捷，對(duì)氯化氫生產(chǎn)過(guò)程中的控制更加安全。補(bǔ)充了復(fù)雜控制系統(tǒng)和安全的連鎖報(bào)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(chǎng)操作人員和儀表維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。