祁鳳琴，胡進寶，溫曉瑛

（金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737100）

目前國際上加壓酸浸技術(shù)以其浸出效率高，成本低，節(jié)能環(huán)保和原料適應(yīng)性強的特點，已成為新的鎳鈷濕法冶金關(guān)鍵技術(shù)之一。鎳礦漿由加熱器加熱后送至加壓浸出釜（以下簡稱加壓釜），并同時通入氧氣、蒸汽和水，在高溫、高壓、腐蝕、易結(jié)晶、有泡沫和金屬固體顆粒的密閉容器里進行攪拌，充分反應(yīng)后料液由排料閥排出。

加壓釜是高溫高壓密閉容器，排料閥在上述復(fù)雜工況下工作過程中，由于加壓釜本身的高溫高壓，排料閥前后壓差接近0.7MPa,以及料液特殊的粘性和強腐蝕性，極易導(dǎo)致閥門產(chǎn)生汽蝕、結(jié)晶、卡死、磨損等故障，因此排料閥的生命周期很短，一臺普通球閥的平均壽命20天左右，最短的只有5天。為解決此類問題，不僅僅從閥門結(jié)構(gòu)選型本身著手，還應(yīng)該結(jié)合控制方式。以下是對加壓釜排料閥在自動優(yōu)化控制方面的一些思路[1]。

1 排料閥的選型

加壓釜排料介質(zhì)為稀硫酸鎳礦漿（硫化銅、硫化鎳、赤鐵礦、二氧化硅等），含氧量較高，且由于浸出壓力，溫度，物料成分的變化，普通白鋼材質(zhì)排料閥閥座易破損、填料函處結(jié)晶物多、閥門易卡死、閥體和閥球穿孔等問題，避免因為物料成分的變化和溫度、壓力等因素造閥門頻繁卡死、磨損等情況。

鈦材以其機械強度大、易加工、塑性好、有良好的抗腐蝕性能而著稱，廣泛應(yīng)用于濕法冶煉工況中。根據(jù)多年的維護經(jīng)驗和實驗，排料閥類型宜選用鈦材球閥,傳動類型為氣動，氣源選用氮氣，閥門內(nèi)套利用陶瓷以防止沖刷和氣蝕，延長閥門使用壽命，能達到良好的應(yīng)用和控制效果；同時由于釜內(nèi)壓力較大，在閥門的上游側(cè)加裝節(jié)流元件，以減少對設(shè)備和管道的沖刷；一般情況下如果需要對鈦球閥作為調(diào)節(jié)閥，可以在閥門上加裝定位器，這樣即可以調(diào)節(jié)被控參數(shù)。

2 排料閥的傳統(tǒng)控制方式

如圖1所示：排料閥置于加壓釜后端，在加壓釜連續(xù)生產(chǎn)時，主要對加壓釜的液位進行自動實時控制，一般分為PID調(diào)節(jié)控制和兩位控制。在實際運作過程中，緊靠簡單PID調(diào)節(jié)方式不僅調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，還容易引起汽蝕、卡塞、偏心等問題。在DCS系統(tǒng)中，一般情況下PID調(diào)節(jié)功能塊的計算周期為1s,相當(dāng)于閥門的閥位每1s就要變化一次，因為PID調(diào)節(jié)相對來說比較精密，這就會使閥門不停地在小開度下動作，由于物料成份復(fù)雜，閥門就會不停地處在磨損狀態(tài)，嚴(yán)重磨損會導(dǎo)致腔體表面有凹槽，不光滑，繼而引起閥門內(nèi)部結(jié)晶、閥卡等一系列問題。

所謂的兩位控制，是指將排料閥與釜內(nèi)液位進行聯(lián)鎖，到達高限時使排料閥全開（開關(guān)閥）或者開度為100%（調(diào)節(jié)閥），液位至低限時使排料閥全關(guān)（開關(guān)閥）或者開度為0%（調(diào)節(jié)閥），這樣可以解決閥門在小開度下產(chǎn)生磨損的情況，但是控制不夠精確，對工藝指標(biāo)提升不利，并且由于排料閥前后壓差很大，閥球在很短的時間內(nèi)開關(guān)，會因為遭受很大的沖擊而受損，嚴(yán)重影響閥門的使用壽命。

圖1 加壓釜工藝聯(lián)鎖圖

由于工藝原因，一般情況下加壓釜一個月左右需要檢修一次，為時4-8小時，檢修意味著需要停釜降溫降壓，加壓釜的正常工作溫度約160攝氏度，正常生產(chǎn)的釜內(nèi)壓力約0.8兆帕，加壓釜內(nèi)溫度、壓力降至常壓時，一旦排料閥內(nèi)部有介質(zhì)殘留，造成閥門腔體內(nèi)部介質(zhì)嚴(yán)重結(jié)晶，造成閥門卡死，無法正常開車，影響工藝生產(chǎn)計劃。

3 排料閥的優(yōu)化控制方案

針對目前存在的問題，提出了以下解決方案：

（1）排料閥閥位的區(qū)間分段控制。假如按照工藝要求的加壓釜液位的上限為2.5m，下限為1.7m,將1.7m-2.5m這一范圍平均劃分為6個區(qū)間，即L1區(qū)：小于1.7m,L2區(qū)：1.7m-1.9m,L3區(qū) ：1.9m-2.1m,L4區(qū)：1.9m-2.3m 區(qū) ,L5區(qū)：2.3m-2.5m,L6區(qū) ：大于2.5m,同時將閥門開度從0%-100%之間分別取為6個閥位，V1：0%，V2：20%，V3：40%，V4：60%，V5：80%，V6：100%，閥位與液位的邏輯關(guān)系如下：

表1 閥位與液位邏輯關(guān)系表

隨著加壓釜液位的變化，閥位會不斷變化，但是為了避免液位在臨界點上下浮動，導(dǎo)致閥位頻繁切換，在DCS程序中可以設(shè)置，根據(jù)工藝的變化，閥位的保持既定的時間周期，這樣既可以解決因為閥位小開度變化引起的閥門磨損，也能解決由于兩位控制造成的液位不夠精確的問題，關(guān)于控制區(qū)間的的分布，以及時間周期的設(shè)定，是可自定義的，不是一成不變的。

在這個控制方案中，最重要的是尋求閥門最有效的時間控制周期，最終實現(xiàn)閥門的時間周期與液位穩(wěn)定控制的最佳平衡點，并能在保證閥門穩(wěn)定工作和最佳壽命周期的前提下，實現(xiàn)液位最精準(zhǔn)的控制，最大程度的提升加壓浸出工藝指標(biāo)自控水平。

（2）針對排料閥的PID控制模式。前面已經(jīng)敘述，由于PID精準(zhǔn)控制會因為排料閥定位器位置每1秒都會因為加壓釜內(nèi)液位的變化發(fā)生改變，這就會使得閥門每秒動作一次，頻繁的小開度對于物料成分復(fù)雜的加壓釜這種特種設(shè)備來說很不適應(yīng)，排料閥的壽命極短，因此個人認(rèn)為可以延長PID功能塊的運算周期，以最適宜的PID運算周期指導(dǎo)排料閥動作；但是有些DCS系統(tǒng)的PID運算周期無法改變，就可以通過在PID運算功能塊的觸發(fā)端加時間繼電器，利用既定的時長內(nèi)定時觸發(fā)PID動作，這樣即可避免PID運算周期短引起的閥門磨損的情況。根據(jù)以往的維護經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)，這一運算周期以5-10min為宜。

（3）串級控制系統(tǒng)。以上兩種控制方式所達到的預(yù)期的控制效果是一致的。當(dāng)然這種控制方式的實施還要根據(jù)加壓釜進料量的大小綜合進行考量，如果工藝條件允許的話，可以與加壓釜進料口進料量、加壓釜液位、排料閥形成串級回路控制，如圖2所示，并結(jié)合工藝指標(biāo)以及工藝要求，達到生產(chǎn)效率最佳。

圖2 串級回路控制

圖1 中主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值為工藝所需要穩(wěn)定的液位值，因此主回路為定制控制系統(tǒng)；而由副調(diào)節(jié)器、排料閥、進料量、流量變送器構(gòu)成的副回路是一個隨動控制系統(tǒng)，因為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值由主調(diào)節(jié)器的輸出提供，它雖主調(diào)節(jié)器的輸出的變化而變化，并根據(jù)副變量的測量值與給定值的偏差工作。由加壓釜進料量作為副變量參與控制，以盡量避免對主變量加壓釜液位的擾動，從而通過串級回路控制，穩(wěn)定加壓釜料量、液位，提升加壓釜的控制質(zhì)量和自動化水平。

4 檢修模式下的排料閥蒸汽吹掃控制

由于檢修時加壓釜降溫降壓，溫度突然降低會引起閥門結(jié)晶卡死，極易導(dǎo)致加壓釜無法如期開車。在排料管道上排料閥進料前端引入蒸汽分管道和蒸汽吹掃閥，在降溫卸料后，及時關(guān)閉排料閥前端截止閥并同時打開蒸汽吹掃閥，在檢修期間定時打開蒸汽吹掃閥門，保證閥門腔體內(nèi)干凈，不殘留物料結(jié)晶物，防止閥門卡死。關(guān)于吹掃閥門的時間以及實現(xiàn)方式，可以利用DCS系統(tǒng)定時器進行自動控制，根據(jù)需求進行吹掃；關(guān)于蒸汽壓力以及蒸汽管道大小的設(shè)置，需要結(jié)合工藝，在不影響生產(chǎn)的前提下選擇合適的蒸汽汽源和管線；在正常生產(chǎn)時，蒸汽吹掃閥關(guān)閉，此時需要做好防護，以延長蒸汽吹掃閥的使用壽命。

5 結(jié)語

由于加壓釜屬于壓力容器，也屬于特種作業(yè)設(shè)備，因此在一般情況下，工藝控制方案的實施需要經(jīng)過多次的推敲和論證，要想真正的付諸于實現(xiàn)，需要和工藝生產(chǎn)方經(jīng)過多次的溝通和協(xié)調(diào)，并且充分考慮到改造可能會引起的各項工藝指標(biāo)的變化，甚至可能會產(chǎn)生的各種安全隱患。以上方案是從理論角度探討，可能會忽略很多實際的因素，所以方案是否可行，還需要論證。