在聯堿外冷工序使用儀表切斷閥

楊 力，劉亞旗，閆晶辰

（天津渤化永利化工有限公司，天津 300452）

近年來，隨著化工工藝和設備的改進，自動化水平的提高，國內聯堿工廠陸續改用了逆料流程生產氯化銨，而且結晶器操作溫度普遍提高，同時相繼完成了外冷器液氨直冷工藝技術，外冷器冷卻負荷大幅降低。為了更好地控制結晶工藝指標，降低操作人員的勞動強度，防止設備的意外停車，我公司率先提出了將外冷液氨循環罐進液管線等共計7套倒換閥門由手動改為自動控制，并最終實現全套外冷系統閥門切換的DCS時序控制。本文將詳細闡述其設計理念及技術方案。

1 外冷器系統裝置描述及工作原理

1.1 裝置描述及簡易工藝流程介紹

我公司聯堿項目外冷工序共有冷析結晶器4臺、混合結晶器2臺、外冷器、液氨循環罐、氨分離器、軸流泵各18臺。每組外冷循環系統包含外冷器、液氨循環罐、氨分離器各1臺?，F階段每組裝置上在液氨循環罐進液、氨分離器出口、進外冷器氨Ⅰ、出外冷器氨Ⅰ、出外冷器半Ⅱ、外冷器溢流氨Ⅰ（共兩處）7條管線上各有工藝手閥1臺。

表1 工藝設備清單

表2 儀表設備清單

簡易工藝流程：由制冷工序來的液氨減壓后經液氨循環罐進入外冷器，與半II循環液換熱后的氣、液氨混合物由氨循環罐和氣液分離器進行氣液分離；液氨直接回外冷器，一部分氣氨回制冷工序，經氨壓縮機加壓冷凝液化后再送入液氨循環罐，另一部分氣氨去母Ⅰ、母Ⅱ吸氨器。

1.2 冷析及混合冷析原理

1.2.1 冷析原理

液氨經液氨循環罐進入外冷器，液氨氣化帶走大量熱量，使半Ⅱ循環液溫度降低，氯化銨溶解度明顯降低而析出，氯化鈉溶解度稍有增加而保持遠離析出點。為制得純度較高的工業氯化銨產品提供原料。

1.2.2 混合冷析原理

冷AⅠ、半母Ⅱ對氯化鈉是不飽和的，鹽析結晶器取出晶漿所帶的氯化鈉進一步溶解，冷析及鹽析效應使氯化銨結晶析出和長大，控制相應的鈉離子濃度 ，得到滿足農業氯化銨成品成分要求的氯化銨結晶。

2 儀表切斷閥代替工藝手閥

工藝手閥和儀表切斷閥的定義：

(1)護理前、后,以Zung氏焦慮自評量表(SAS)、抑郁自評量表(SDS)評價情緒狀態,兩量表均換算為標準分值(總粗分乘以1.25,取整數為標準分),SAS>50分表明有焦慮情緒,SDS>53分表明有抑郁情緒,分數越高則不良情緒越為嚴重[1]。(2)出院時,分發我科室自擬患者對護理滿意評分量表,包括服務態度、病房環境、專業技能、健康教育以及溝通交流5項,每項4道題,每題1-5分,滿分100分,分數越高則滿意度越高。

工藝手閥一般是指安裝在工藝管道上的閥門，不具有自動控制功能，需要手動操作的閥門。它的主要用途是在開車時控制物料（或工藝介質）的進料或者有故障時可以完全打開或關閉閥門，切斷物料來源，以便進行故障處理。

儀表切斷閥具有遠程自動控制功能，接收控制系統信號，控制工藝管道內流體的切斷、接通或切換。具有結構簡單、反應靈敏、精度高、泄漏量小、動作可靠等特點。

顯然兩者相比較，儀表切斷閥更加方便快捷、迅速靈敏、安全可靠，而且大大降低勞動者的工作強度，提高工作效率，避免事故發生，可以更好地為生產服務。

目前，在外冷循環系統管線上有18組（每組各7臺）共計126臺工藝手閥，分別是液氨循環罐進液截止閥、氨分離器出口截止閥、進外冷器氨I截止閥、出外冷器氨I截止閥、出外冷器半II截止閥、外冷器溢流氨I截止閥（共兩處）。每組7臺手閥在生產和開停設備時起著至關重要的作用，尤其是在倒換設備時需要及時打開／關閉閥門，為了方便敘述，我們將這7臺手閥按上述順序由1?！?＃命名，具體閥門位置如圖1 。

圖1 外冷系統新加儀表切斷閥位置圖

在正常生產中，每組外冷器需要輪替地開啟或者停止，每組7臺閥門每6h開／關閥門一次。當設備由清洗狀態轉為作業狀態時，打開1＃手閥，其后有一臺儀表調節閥，相互配合開度，使液氨經液氨循環罐進入外冷器，并通過調節閥控制罐中液位，同時打開氣氨出口手閥，即2＃手閥。然后打開4＃手閥下放熱AI母液，放空后關閉4＃手閥，同時關閉3＃、5＃、6＃、7＃手閥。

當設備由作業狀態轉為清洗狀態時，關閉1＃、2＃手閥，防止液氨繼續流入，以致氣氨中帶液，頂停冰機。然后打開5＃手閥，將熱AⅠ熱母液下放至BMⅡ桶，待放凈后，關閉5＃手閥，同時打開3＃、6＃、7＃手閥，關閉＃4手閥。

最終，在清洗狀態時，保持3＃、6＃、7＃手閥打開，1＃、2＃、4＃、5＃手閥關閉；在作業狀態時，保持1＃、2＃手閥打開，3＃、4＃、5＃、6＃、7＃手閥關閉。

由此可見，以上7臺閥門對生產至關重要，而且每次換車時工作量巨大。一旦在清洗換車時有任一閥門開／關不到位或者動作延誤，都會影響外冷結晶系統的作業效率，還會影響產品的質量產量，嚴重時甚至會導致氣氨的泄漏。因此，每一臺閥門都要在任何情況下及時有效地動作。儀表切斷閥可以遠程操作，精確可靠，操作工不用到現場就能完成閥門的開關，而且反饋指示清楚，降低了勞動強度，提高了工作效率。

3 儀表切斷閥在外冷系統中所發揮的作用

DCS控制系統方面：

增加126個DO（數字量輸出）控制點和252個DI（數字量輸入）控制點，閥門電源由DCS直接提供直流24V，DO卡件輸出開／關信號，并將開／關信號反饋至DCS系統操作畫面上，供操作人員查看和校對。

在日常的生產過程中，18組外冷系統需要進行倒換開啟／關閉，為了使外冷器作業時發揮最大效率，避免管道內介質溫度不會過低，產生結晶，因此在實現倒換閥門由手動操作改成自動控制后，接著要實現閥門切換的DCS時序控制，即每組閥門在換車時每6h開／關一次。

如圖2所示，IN和Q是BOOL類型，PT和ET是TIME類型。如果IN是TRUE并且ET小于等于PT，Q是TRUE，否則，Q是FALSE。也就是當閥門的反饋信號在保持原狀態6個小時后，會自動切換為與其相反的狀態，即實現了單個閥門的時序控制。

圖2 時序控制邏輯圖

4 現場切斷閥的選型

在閥門的選型上，根據工藝介質特性和現場環境，需要充分考慮到閥門改造中的密封、結晶問題。

首先，球體方面選擇超大尺寸球體，允許有5%～7%的額外行程，降低球孔邊緣磨損，并消除因執行機構不準確關閉而造成的意外泄漏。

其次，閥門采用組合密封設計，上下采用加鎳絲的柔性石墨盤根，中間采用模壓成型石墨填料，并在中間加填料隔環。對填料壓板的緊固螺栓設置蝶型彈簧預緊，即活載結構，在閥門溫度和應力交變中，使填料的預緊力得到連續性補償，杜絕外泄漏。

第三，副閥體采用一體式閥座，閥座為副閥體不可分割的一部分，不存在任何泄漏的可能，且閥座上密封面寬大，避免了因小的刮擦而可能造成的泄漏。此外在中法蘭密封上采用了金屬O型圈的設計，保證了在高溫或溫度變化情況下不產生泄漏。其閥門重要選型參數如表3。

表3 切斷閥的選型

5 結 語

加裝外冷工序切斷閥是外冷生產系統的一項重大技術改造和自動化優化項目，也是聯堿自動化生產的重要組成部分和聯堿行業的發展方向。通過改造，大大降低了勞動者的工作強度，提高了工作效率，避免了在換車和清洗設備時手忙腳亂和誤停設備，保證了生產連續穩定的運行。該項目成功應用對推動我國聯堿操作的自動化水平具有重要意義。

［1］ 厲玉鳴，孟華.化工儀表及自動化（V版）［M］.北京：化學工業出版社，2011

［2］ 陸培文.閥門制造工藝入門與精通［M］.北京：機械工業出版社，2010

［3］ 張志賢.閥門技術資料手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2013