鄧細(xì)平，吳小根

（1.江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330038；2.云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南文山 663700）

云錫文山鋅銦冶煉廠年產(chǎn)100 kt 鋅、60 t 銦冶煉技改項(xiàng)目是云南省“四個(gè)一百”和文山州“三個(gè)三十”重點(diǎn)項(xiàng)目，也是文山州“十三五”期間打造“一個(gè)中心，四個(gè)基地”之銦材料加工基地項(xiàng)目。 該項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)為云南省文山州馬關(guān)縣馬關(guān)邊境貿(mào)易加工區(qū)達(dá)號(hào)工業(yè)園， 中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司公司負(fù)責(zé)水處理及制酸片區(qū)的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

煙氣制酸為有色冶金行業(yè)非常重要的一環(huán)。 其不僅生產(chǎn)濃硫酸可產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也具有非常好的環(huán)境效益。在煙氣制酸過(guò)程中，凈化工序產(chǎn)生的廢酸溶液經(jīng)廢酸處理工序， 將大部分砷及部分金屬去除后，溶液中仍含有H2SO4及多種雜質(zhì)。主要以砷、銻、鐵、鎘等為主。 因此在廢酸處理工序后，廢酸溶液進(jìn)入中和處理工序，先中和其中的硫酸，再分步將雜質(zhì)依次分離，以充分利用資源，生產(chǎn)出有用的副產(chǎn)品， 同時(shí)使處理后的廢水達(dá)到允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 工藝處理過(guò)程及難點(diǎn)

在中和處理過(guò)程中，首先使用CaCO3中和大量的H+，通過(guò)調(diào)節(jié)石灰石乳加藥三通閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)CaCO3加藥量使pH 值達(dá)到3～4（根據(jù)所含雜質(zhì)不同，此處pH 值要求會(huì)有所調(diào)整），此為第1 處pH 測(cè)點(diǎn)。 其次，經(jīng)中和石膏反應(yīng)并完成固液分離后，其溶液仍呈酸性，需使用Ca（OH）2中和剩余的H+離子，通過(guò)調(diào)節(jié)一次中和槽石灰乳加藥三通閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)Ca（OH）2加藥量使溶液pH 值達(dá)到7～8，使其溶液中的3 價(jià)砷滿(mǎn)足氧化條件，此處為第2 處pH 測(cè)點(diǎn)。 經(jīng)一級(jí)氧化槽及二級(jí)氧化槽氧化反應(yīng)后，砷氧化為5 價(jià)砷，其溶液pH 值會(huì)發(fā)生變化，故在其后端再添加Ca（OH）2，通過(guò)調(diào)節(jié)二次中和槽石灰乳加藥三通閥開(kāi)度， 調(diào)節(jié)Ca（OH）2加藥量使溶液pH 值穩(wěn)定在9～11，在該環(huán)境下， 使99.9%砷和其余重金屬以中和渣的形式沉淀下來(lái)，與溶液分離，此處為第3 處pH 測(cè)點(diǎn)。

因CaCO3或者Ca（OH）2與廢酸反應(yīng)后會(huì)形成CaSO4，此物質(zhì)極難溶于水，容易沉淀形成石膏，其與石灰乳[Ca（OH）2]容易附著在pH 分析儀探頭上，影響pH 分析儀的檢測(cè)結(jié)果， 而3 價(jià)砷離子在堿性狀態(tài)下容易導(dǎo)致重金屬沉淀，影響處理效果，且造成重金屬的回收效果差。 目前常規(guī)的做法是，每隔2 h 左右， 就需要人工清洗附著在pH 分析儀探頭上的附著物。 然而，清洗的不及時(shí)會(huì)影響pH 分析儀的檢測(cè)效果，而且增加了大量的人工時(shí)用于該儀表的維護(hù)，給生產(chǎn)造成極大的不便。

2 方案簡(jiǎn)述

為了有效減少pH 分析儀因附著物的存在而產(chǎn)生的檢測(cè)偏差， 在各pH 分析儀檢測(cè)點(diǎn)上設(shè)計(jì)1 套系統(tǒng)組成沖洗液輸送系統(tǒng)（圖1），用于實(shí)現(xiàn)pH 分析儀探頭的定時(shí)自動(dòng)沖洗。 該系統(tǒng)包括：1）1 個(gè)沖洗液儲(chǔ)存箱；2)1 臺(tái)沖洗液循環(huán)泵；3）4 臺(tái)pH 分析儀自動(dòng)沖洗裝置所需的提升單元 （用于pH 探頭的提升）、限位單元、 驅(qū)動(dòng)單元、 沖洗單元及固定支架等部件（沖洗裝置安裝示意見(jiàn)圖2）；4）4 臺(tái)pH 分析儀所對(duì)應(yīng)的控制單元， 包含控制器及用于人機(jī)交互的人機(jī)操作界面。

圖1 沖洗液輸送系統(tǒng)

圖2 沖洗裝置安裝示意

人機(jī)界面上設(shè)置有沖洗時(shí)間及沖洗間隔時(shí)間，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沖洗情況，工藝維護(hù)人員可根據(jù)需要，增加或減少?zèng)_洗時(shí)間及沖洗間隔時(shí)間，以減少或增加單位時(shí)間內(nèi)沖洗的次數(shù)。 在沖洗液管道末端增加1 段回流管，以防止在沖洗裝置未沖洗時(shí)可能造成的管路壓力過(guò)大的狀況。

沖洗循環(huán)泵接入其中1 臺(tái)控制器(下文稱(chēng)“主控制器”），并受其控制。為方便檢修及防止意外情況發(fā)生，該沖洗液循環(huán)泵設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)操作箱，以備該控制器無(wú)法正常工作時(shí)， 保證系統(tǒng)其他沖洗裝置依然能正常工作。

沖洗液循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)接入其余控制器，用于聯(lián)鎖各控制器的沖洗裝置，作為其沖洗的條件。各控制器單獨(dú)設(shè)有人機(jī)界面， 用于監(jiān)視和控制各單獨(dú)的沖洗裝置。在自動(dòng)沖洗出現(xiàn)不可預(yù)知的狀態(tài)時(shí)，工藝維護(hù)人員可通過(guò)人機(jī)界面將本裝置切換為手動(dòng)控制，按照沖洗動(dòng)作順序，手動(dòng)依次點(diǎn)擊人機(jī)界面上的操作按鈕，使本裝置各部件按順序動(dòng)作，直到?jīng)_洗裝置完成沖洗工作并回到檢測(cè)位置， 再將其切換至自動(dòng)狀態(tài)，讓其繼續(xù)自動(dòng)工作。

在各控制器均預(yù)留通訊接口給遠(yuǎn)端DCS 系統(tǒng)，將沖洗儲(chǔ)存箱液位、沖洗循環(huán)泵狀態(tài)、沖洗狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸給DCS 系統(tǒng)，方便操作工對(duì)該自動(dòng)定時(shí)沖洗系統(tǒng)的監(jiān)視及維護(hù)， 保證自動(dòng)沖洗系統(tǒng)正常持續(xù)地工作。

在對(duì)pH 分析儀探頭沖洗時(shí)， 沖洗液與當(dāng)前所測(cè)位置pH 值的不同，容易導(dǎo)致對(duì)當(dāng)前溶液pH 值的誤判；故在沖洗探頭提升時(shí)，遠(yuǎn)端DCS 系統(tǒng)需鎖定當(dāng)前pH 值。 在該裝置中，設(shè)置有一開(kāi)關(guān)點(diǎn)信號(hào)接至遠(yuǎn)端DCS 系統(tǒng)，當(dāng)提升氣缸動(dòng)作時(shí)，此開(kāi)關(guān)點(diǎn)閉合，DCS 系統(tǒng)接收到該信號(hào)后，鎖定當(dāng)前pH 值；待沖洗完成，pH 分析儀回到檢測(cè)位置， 該開(kāi)關(guān)點(diǎn)重新為0后，延時(shí)5 s 取消該鎖定，DCS 系統(tǒng)將最新檢測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示在DCS 系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面上。

3 設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新點(diǎn)及特色

1）如上所述，用戶(hù)通過(guò)對(duì)控制單元人機(jī)界面的操作對(duì)沖洗裝置進(jìn)行控制，使其按照設(shè)計(jì)要求做出對(duì)應(yīng)動(dòng)作，完成用戶(hù)對(duì)pH 分析儀探頭的沖洗要求。

2）在所設(shè)置的人機(jī)界面上，用戶(hù)可方便直接地與設(shè)備互動(dòng)， 根據(jù)處理的效果及工況的不同對(duì)參數(shù)作相應(yīng)的調(diào)整。

4 工作原理

該自動(dòng)沖洗裝置選用的控制器型號(hào)為：SR20 AC/DC/RLY，其自身帶12DI 輸入﹑8DO 繼電器輸出。4 臺(tái)控制器均使用5 個(gè)DO 數(shù)字量輸出信號(hào)及5 個(gè)DI 數(shù)字量輸入信號(hào)。

其中5 個(gè)DO 信號(hào)（具體對(duì)應(yīng)控制器物理地址為Q0.0~0.4）分別用于控制KA1~KA5 繼電器輸出。1）Q0.0 用于控制氣缸的提升與下降。 當(dāng)Q0.0 為1時(shí)，KA1 線(xiàn)圈得電，提升用電磁閥打開(kāi)，氣缸得氣，推動(dòng)氣缸向上提升， 將pH 裝置頂起； 當(dāng)Q0.0 為0時(shí)，KA1 線(xiàn)圈失電，該電磁閥關(guān)閉，氣缸失氣，pH 裝置回到檢測(cè)位置。 2）Q0.1 用于控制沖洗水管路上的電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。 當(dāng)Q0.1 為1 時(shí)，KA2 線(xiàn)圈得電， 沖洗水管路上的電磁閥打開(kāi)， 開(kāi)始對(duì)pH 沖洗裝置的取樣口沖洗；當(dāng)Q0.1 為0 時(shí)，KA2 線(xiàn)圈失電，該電磁閥關(guān)閉，停止沖洗。3)Q0.2 用于給DCS 輸出沖洗狀態(tài)信號(hào)。 當(dāng)Q0.0 得電且pH 沖洗裝置正在提升時(shí)，該線(xiàn)圈得電，輸出一開(kāi)關(guān)點(diǎn)信號(hào)至遠(yuǎn)端DCS 系統(tǒng)，告知DCS 系統(tǒng)pH 沖洗裝置即將沖洗。DCS 系統(tǒng)得到該信號(hào)后開(kāi)始pH 鎖定并延時(shí)至pH 取樣裝置下落到檢測(cè)位置后5 s 后，停止輸出。此時(shí)DCS 端才開(kāi)始繼續(xù)讀取pH 取樣數(shù)據(jù)。4）Q0.3 為備用。5)Q0.4（僅在主控制器上控制沖洗液循環(huán)泵） 用于控制沖洗液循環(huán)泵的啟動(dòng)與停止： 當(dāng)Q0.4 為1 時(shí)，KA5 線(xiàn)圈得電，啟動(dòng)沖洗液循環(huán)泵，開(kāi)始為各pH 沖洗裝置供應(yīng)沖洗液；當(dāng)Q0.4 為0 時(shí)，KA5 線(xiàn)圈失電，沖洗液循環(huán)泵停止，停止為各pH 沖洗裝置供沖洗液。 主控制器接收沖洗水箱的低液位開(kāi)關(guān)信號(hào)， 當(dāng)?shù)鸵何婚_(kāi)關(guān)信號(hào)為1 時(shí)，聯(lián)鎖停止沖洗液循環(huán)泵。

5 個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)分別為： 沖洗液循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)I0.0，沖洗液循環(huán)泵故障狀態(tài)信號(hào)I0.1、沖洗液循環(huán)泵集中狀態(tài)信號(hào)I0.2、pH 取樣裝置提升到?jīng)_洗位置狀態(tài)信號(hào)I0.3、pH 取樣裝置下落到檢測(cè)位置狀態(tài)信號(hào)I0.4、水箱低液位開(kāi)關(guān)信號(hào)I0.5。 I0.5為主控制器較其余控制器增加的信號(hào)， 用于確定當(dāng)前沖洗水箱是否為低液位。

系統(tǒng)控制原理： 系統(tǒng)設(shè)自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式，當(dāng)需要人為干預(yù)時(shí)，切至手動(dòng)模式，此時(shí)以上所有輸出均可在人機(jī)界面上手動(dòng)控制開(kāi)啟與關(guān)閉。

當(dāng)選擇為自動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)控制要求自動(dòng)動(dòng)作，設(shè)備動(dòng)作情況如下：當(dāng)選擇為自動(dòng)且沖洗液循環(huán)泵為集中控制時(shí)，1)自動(dòng)開(kāi)啟沖洗液循環(huán)泵（KA5得電），為pH 沖洗裝置供應(yīng)沖洗液；2)沖洗液循環(huán)泵顯示運(yùn)行后（I0.0 為1 時(shí)），延時(shí)3 s 開(kāi)始提升pH 取樣裝置（KA1 得電），同時(shí)KA3 得電；3)pH 取樣裝置提升到?jīng)_洗位后（I0.3 為1 時(shí)），打開(kāi)沖洗管路上電磁閥（KA2 得電），開(kāi)始對(duì)pH 取樣裝置進(jìn)行沖洗；4)沖洗達(dá)到設(shè)定時(shí)間（該時(shí)間可在觸摸屏上修改，默認(rèn)為10 s）時(shí)，停止沖洗（KA2 失電），pH 取樣裝置回到檢測(cè)位置；5)下落到檢測(cè)位置（I0.4 為1 時(shí)）5 s后KA3 失電；6)設(shè)定的沖洗間隔時(shí)間（該時(shí)間可修改）自下落到檢測(cè)位置（I0.4 上升沿為1 時(shí)）開(kāi)始計(jì)時(shí)。 當(dāng)沖洗間隔時(shí)間達(dá)到后，開(kāi)啟下一輪沖洗過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)投入使用后大幅減少工藝操作人員的維護(hù)時(shí)間、維護(hù)量及人工成本，以及人為頻繁沖洗對(duì)生產(chǎn)造成的影響。因沖洗時(shí)間及沖洗間隔時(shí)間可控，極大地方便了沖洗裝置的維護(hù)， 增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性，保證了生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定可靠性。