過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)控制方案

霍 衛(wèi)

(揚州惠通化工科技股份有限公司)

過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)控制方案

霍 衛(wèi)

(揚州惠通化工科技股份有限公司)

在介紹過氧化氫尾氣回收系統(tǒng)的構(gòu)成和工藝流程的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)中渦輪膨脹機(jī)和活性炭纖維吸附裝置的控制方案。

尾氣回收 過氧化氫生產(chǎn)裝置 控制方案

目前國內(nèi)外過氧化氫(雙氧水)生產(chǎn)裝置一般都采用蒽醌法，而重芳烴是蒽醌法生產(chǎn)過氧化氫的一種重要溶劑原料，因而在過氧化氫生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含有芳烴的尾氣，一方面芳烴尾氣會增加生產(chǎn)原料的消耗，另一方面人體吸入過量芳烴會對健康產(chǎn)生影響，且芳烴尾氣遇高溫明火或強(qiáng)氧化劑時容易燃燒甚至發(fā)生爆炸[1]。因此，從環(huán)保、安全和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性考慮，回收生產(chǎn)尾氣中的芳烴意義重大。采用渦輪膨脹制冷和炭纖維吸附相配合的尾氣回收系統(tǒng)，可以有效回收過氧化氫生產(chǎn)過程尾氣中的芳烴[1]。尾氣回收系統(tǒng)的回收效率和效果在很大程度上取決于回收系統(tǒng)的自動化程度，對此筆者設(shè)計了過氧化氫生產(chǎn)裝置尾氣回收系統(tǒng)的控制方案。

1 尾氣回收工藝簡介

某過氧化氫生產(chǎn)裝置的尾氣回收系統(tǒng)由渦輪膨脹機(jī)和炭纖維吸附裝置兩部分組成(圖1)。渦輪膨脹機(jī)是產(chǎn)生冷量的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，來自生產(chǎn)裝置具有一定壓力和溫度的尾氣先進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)，尾氣經(jīng)渦輪膨脹機(jī)使渦輪旋轉(zhuǎn)，尾氣膨脹做功因而內(nèi)能減少、溫度降低，部分芳烴因尾氣溫度降低而冷凝；未冷凝的尾氣經(jīng)渦輪膨脹機(jī)進(jìn)入炭纖維吸附裝置，炭纖維吸附裝置首先利用活性炭纖維吸附尾氣中的芳烴，然后再用水蒸氣解吸脫附炭纖維上的芳烴。經(jīng)過膨脹制冷和炭纖維吸附兩級處理后，生產(chǎn)尾氣中的絕大部分芳烴已被回收，且回收后的芳烴可以重復(fù)利用。另外，尾氣回收系統(tǒng)還設(shè)有應(yīng)對緊急情況的應(yīng)急放空口。

圖1 尾氣回收系統(tǒng)工藝流程

2 渦輪膨脹機(jī)控制方案

渦輪膨脹機(jī)組由一臺渦輪膨脹機(jī)以及與之相配套的潤滑油系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成。渦輪轉(zhuǎn)速、潤滑油壓力及軸承溫度等參數(shù)都通過現(xiàn)場遠(yuǎn)傳儀表引至中控室DCS，便于監(jiān)測與控制。渦輪膨脹機(jī)進(jìn)氣口安裝有一個故障關(guān)氣動切斷閥，在進(jìn)氣閥前安裝了一個故障開氣動切斷閥用于緊急放空。正常工況下，進(jìn)氣閥打開應(yīng)急閥關(guān)閉，尾氣經(jīng)過渦輪膨脹機(jī)處理后進(jìn)入炭纖維吸附裝置。

渦輪膨脹機(jī)屬于精密設(shè)備，渦輪轉(zhuǎn)速太快、潤滑油壓力過低或軸承溫度過高，都會導(dǎo)致渦輪膨脹機(jī)損壞，因此需要在DCS上設(shè)置必要的聯(lián)鎖功能，以保護(hù)渦輪膨脹機(jī)。即聯(lián)鎖條件滿足后打開應(yīng)急放空閥，關(guān)閉進(jìn)氣閥讓渦輪膨脹機(jī)停止工作。渦輪膨脹機(jī)進(jìn)口壓力過高還會導(dǎo)致膨脹機(jī)前氧化塔設(shè)備損壞，因此渦輪進(jìn)口壓力過高時也需要緊急打開應(yīng)急放空閥對設(shè)備泄壓。在DCS程序中需要設(shè)置渦輪膨脹機(jī)啟動開關(guān)、緊急停車開關(guān)，聯(lián)鎖投用開關(guān)。渦輪膨脹機(jī)啟動后，進(jìn)氣閥自動打開緊急放空閥自動關(guān)閉，渦輪膨脹機(jī)正常工作。按下緊急停車按鈕后緊急放空閥自動打開，進(jìn)氣閥自動關(guān)閉(圖2)。為防止渦輪膨脹機(jī)制冷量太大導(dǎo)致管道結(jié)冰而損壞設(shè)備，在渦輪膨脹機(jī)進(jìn)口的尾氣管道上增設(shè)旁路調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥和膨脹機(jī)尾氣出口溫度組成控制回路，通過DCS建立PID回路可以自動控制膨脹機(jī)出口尾氣溫度。渦輪膨脹機(jī)的開停機(jī)、狀態(tài)監(jiān)控、溫度控制和聯(lián)鎖控制都能在DCS上操作。

3 炭纖維吸附裝置控制方案

炭纖維吸附裝置由緩沖過濾罐、活性炭纖維吸附箱體、干燥風(fēng)機(jī)、冷凝器、分層收集罐及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組成。渦輪膨脹機(jī)出口尾氣進(jìn)入炭纖維吸附裝置后經(jīng)過吸附、解吸脫附和干燥后，尾氣中剩余的芳烴被回收。一般設(shè)置兩個以上的炭纖維吸附罐和附屬設(shè)備，并通過程序控制保證尾氣吸附能夠連續(xù)進(jìn)行。炭纖維吸附系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、控制閥和監(jiān)測儀表組成，通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)了炭纖維吸附系統(tǒng)實時顯示各工況、自動實現(xiàn)各個狀態(tài)的切換。通過Modbus接口，PLC將炭纖維吸附裝置的相關(guān)控制參數(shù)和數(shù)據(jù)傳送給DCS，以便在中控室集中監(jiān)控。

炭纖維吸附裝置進(jìn)口設(shè)置應(yīng)急氣動放空閥，從安全角度考慮該放空閥選擇故障開形式。炭纖維吸附裝置正常工作時應(yīng)急放空閥關(guān)閉，尾氣通過炭纖維吸附后排出；緊急情況下應(yīng)急放空閥打開尾氣放空。吸附時尾氣入口閥和尾氣排空閥自動打開，尾氣通過入口閥進(jìn)入活性炭纖維被吸附凈化，凈化后氣體通過排空閥排空；解吸脫附時，入口閥和排空閥自動關(guān)閉，排液閥和蒸汽閥自動打開，水蒸氣通過蒸汽閥進(jìn)入吸附箱體，吸附在炭纖維上的芳烴被解吸脫附，解吸后的混合物經(jīng)過排液閥進(jìn)入冷凝器，冷凝后的芳烴水混合物進(jìn)入分層收集罐，芳烴得以回收；干燥時，蒸汽閥自動關(guān)閉，干燥閥和尾氣排空閥自動打開，干燥風(fēng)機(jī)自動啟動，干燥空氣經(jīng)干燥閥將吸附器降溫干燥，實現(xiàn)活性炭纖維的再生；干燥結(jié)束后，干燥風(fēng)機(jī)和干燥閥自動關(guān)閉，吸附裝置重新進(jìn)入吸附狀態(tài)。通過PLC程序控制，實現(xiàn)吸附、解吸和干燥的工藝循環(huán)操作。現(xiàn)場所有控制閥都裝有回訊開關(guān)并接入PLC，當(dāng)閥門開關(guān)不到位時，觸摸屏?xí)l(fā)出故障報警程序暫停執(zhí)行。鑒于設(shè)備安全考慮，部分控制閥之間設(shè)置聯(lián)鎖程序，吸附時排空閥不開到位入口閥不允許打開，解吸時排液閥不開到位蒸汽閥不允許打開，干燥時干燥閥不開到位干燥風(fēng)機(jī)不允許啟動。解吸過程中，當(dāng)吸附箱體溫度超過設(shè)定值，觸摸屏發(fā)出超溫報警，應(yīng)急放空閥自動打開，尾氣放空，吸附系統(tǒng)緊急停車。以上吸附、解吸和干燥過程時間參數(shù)都可以通過觸摸屏設(shè)置。DCS通過Modbus通信協(xié)議讀取PLC上的數(shù)據(jù)對吸附裝置進(jìn)行監(jiān)控(圖3)。

圖3 炭纖維吸附裝置控制界面

4 結(jié)束語

通過過氧化氫生產(chǎn)裝置的尾氣回收系統(tǒng)控制方案，操作人員可以在中控室通過DCS對過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控，整個尾氣回收系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動控制，程序中設(shè)置的各項聯(lián)鎖措施能夠有效保證回收裝置的安全性。尾氣回收控制系統(tǒng)自投用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了過氧化氫尾氣回收裝置的控制要求，提高了回收裝置的自動化程度和安全性，降低了生產(chǎn)尾氣對環(huán)境的污染，同時芳烴的回收再利用也為企業(yè)節(jié)省了生產(chǎn)成本。

[1] 趙飛云.雙氧水氧化尾氣芳烴最佳回收工藝的探討[J].廣東化工,2010,37(9):39～41.

TH862

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1000-3932(2017)04-0410-03

2016-07-26，

2016-12-15)

霍衛(wèi)(1982-)，工程師，從事化工自動化設(shè)計工作,huowei_an@163.com。