淺談化工企業離心機的氮氣保護自動控制系統

趙靜　孫鈺翔

摘要：離心機作為通用的過濾分離設備，在化肥、化工、煉油、制藥、食品和國防等工業中應用相當廣泛。由于離心機所處理的物料種類繁多，而且許多是易燃易爆的物料（如甲苯、丙酮、乙醇等有機溶劑），其引起燃燒爆炸事故的可能性就相應較高。同時因其轉速極高，高速旋轉時容易產生并積聚靜電，遇可燃物料及適宜環境條件極易引發燃燒爆炸事故；若操作不慎或違章作業，與轉動著的離心機轉鼓內的物料接觸，也易引發手指、手臂截斷等人身傷害事故的發生。此外，由于種種原因引起的轉鼓破裂、轉鼓位移、人孔蓋板飛出等也會造成嚴重的人員傷亡事故。因此離心機在運行過程中的安全性成為首要關注的問題。

關鍵詞：化工企業；離心機；氮氣保護自動控制系統

離心機常見的事故類型有燃燒爆炸、操作失誤、機械傷人、腐蝕致使轉鼓破裂和異常振動等，其中燃燒爆炸極易引起群死群傷事故，對此，公司設立專項研究項目以消除、解決離心機運行過程中此類事故的發生。根據《離心機安全要求》JB 8525-1997[1]要求，其中5.4.1條處于密閉、易燃、易爆環境或潮濕環境下工作的離心機，應符合密閉、防燃、防爆、防濕等有關標準或法規的要求。其中，要做到防燃、防爆，就首先應了解產生燃燒乃至爆炸的條件。

1 產生燃燒爆炸的要素及預防措施

產生爆炸的三個要素為溫度、火源、氧氣，防止產生化學性爆炸的三個基本條件的同時存在，是預防可燃物質化學性爆炸的基本理論，即防止可燃物質化學性爆炸全部技術措施的實質，就是制止化學性爆炸三個基本條件的同時存在。其中：（1）溫度，對于具體的某一介質，無論是液相還是氣相，在進行工藝設計時應考慮離心機工作溫度，這主要取決于工藝條件，一般不易改變；（2）火源，在離心機設計時，對于運動件應用足夠的安全空間，以消除可能產生的機械摩擦和撞擊，同時，機器必須有消除靜電的措施。對于制動裝置，不得采用機械摩擦式制動裝置，一般均采用電器能耗制動的形式；（3）氧氣，一般采用惰性氣體保護，通過向離心機內部充入氮氣置換里面的空氣，從而使氧氣濃度維持在安全范圍之內。

根據以上內容，我公司采取向離心機內部通氮氣保護的方法提高離心機工作的安全系數。以前，我公司的做法是在離心機上蓋設置一個氮氣進氣口，一個氮氣出氣口，在離心機工作時向離心機內腔持續充氮氣。至于氮氣濃度能否達到安全范圍則沒有定量的控制，因此，其氮氣保護的可靠性很差。

鑒于該問題，我公司對離心機的氮氣保護系統進行改進，增加氧含量的檢測、顯示裝置，對運行過程中的離心機內腔氧氣濃度進行實時檢測、定量控制，使氧含量控制在安全范圍以內。

2 氮氣保護自動控制系統的組成

離心機氮氣保護自動控制系統主要由PLC、氧含量變送器、氣體采樣泵、氣源三聯體、高低壓兩條氮氣管路（以下稱大氮氣、小氮氣）、聲光報警器組成。各部分功能介紹如下：

2.1 PLC，整套系統工作的中樞，由氧含量變送器、電控換向閥等外部傳輸的信號控制整套系統的工作。

2.2 氧含量變送器實時檢測離心機內部氧氣含量，當檢測到離心機內氧含量低于6%時可以啟動離心機，若離心機內氧含量高于6%則不能啟動離心機。離心機啟動后，小氮氣閥門自動打開向離心機內通氮氣，離心機在運行過程中，當氧含量高于8%時，大氮氣閥門自動打開，加大氮氣進氣量，同時發出警報。如果加大氮氣進氣量后氧含量繼續上升并且超過10%時，離心機會自動停機。同時，聲光報警器進行報警，提醒操作人員該處有故障請及時進行檢查。

2.3 氣體采樣泵使進入離心機內腔的氮氣與空氣進行混合后將氣體吸至氧含量變送器傳感器處，檢測離心機內部氧氣含量，使檢測數值更加準確。

2.4 氣源三聯體，過濾氣體中的水分、雜質粉塵，使氧含量變送器檢測的氣體是干燥、潔凈的，延長氧含量變送器傳感器的壽命。

2.5 大氮氣、小氮氣兩條管路，由電控換向閥控制，根據氧含量變送器檢測的數據開啟或關閉氮氣管路。幾部分組成的簡單示意圖如圖1所示：

3 接線原理圖

氮氣保護自動控制系統與原有離心機控制箱的接線圖，如圖2。

4 系統操作及實現功能

在離心機操作過程中，依次按下離心機電源按鈕和充氮氣按鈕，大氮氣閥門自動打開，開始向離心機內充氮氣。當離心機內氧含量低于6%時啟動離心機，若離心機內氧含量高于6%則離心機不能啟動。當離心機啟動后，小氮氣閥門自動打開向離心機內通氮氣，離心機在運行過程中，當氧含量高于8%時，大氮氣閥門自動打開，加大氮氣進氣量，同時發出警報。如果加大氮氣氣量后氧含量繼續上升并且超過10%時，離心機會自動停機。

停離心機時，按下離心機制動按鈕，10分鐘后小氮氣和氧含量檢測泵停止工作。注：如果此時需開起離心機蓋，應按下充氮氣按鈕，停止氧含量報警裝置的電源系統或按下離心機總電源，停止整套報警系統的電源。

5 結束語

通過近兩年的運行，有效的控制了離心機單元操作過程的危險因素，降低了風險等級，離心機事故事件數量及態勢明顯降低，成效顯著。目前已在本地區同行業之間推廣運用。

參考文獻

[1]《離心機安全要求》 JB8525-1997