氯化氫合成工藝的自動化的改造

丁 偉，陳羽鯤

(化工部長沙設計研究院沈陽分院，遼寧 沈陽 110026)

近十年來在化工生產中，采用自動控制技術可以對溫度、壓力、流量、液位和成分進行控制，使生產過程實現自動化操作、穩定產品質量、提高勞動生產率、降低能源和原材料消耗等，從而取得明顯的經濟效益和社會效益。本文針對某氯堿公司的燒堿分廠高純鹽酸工序中引入了許多國內領先的自動化控制技術，通過計算機的遠程控制、在線檢測、報警和連鎖等方式，將整個鹽酸系統與先進的自動化DCS技術完美的融合，實現了對氯化氫合成過程進行全程監測和控制[1]。

1 氯化氫合成控制系統的設計

1.1 氯化氫合成工藝流程

某氯堿公司的氯化氫合成工藝為：氯氣處理工序來氯氣及液氯工序的液化尾氣經氯氣緩沖罐和氯氣管道阻火器并經各自流量計、流量調節閥、切斷閥、逆止閥進入二合一石墨合成爐；氫氣處理工序來的氫氣經氫氣緩沖罐和氫氣管道阻火器也經各自流量計、流量調節閥、切斷閥、逆止閥送入二合一石墨合成爐，按C12∶H2=1.00∶1.05的配比，通過人工自動點火方式進行燃燒，生成氯化氫氣體。正常生產時生成的氯化氫氣體合成的氯化氫氣體經合成爐夾套降溫后，再從合成爐的冷卻器底部導出。經管道自然降溫至40℃后，進入氯化氫分配臺。氯化氫氣體，經一級吸收器吸收后的剩余氣體進入二級吸收器再吸收，不凝氣體由水流噴射器抽入酸循環罐分離放空，成品酸從一級吸收器底部出來進入鹽酸儲罐。送至燒堿罐區儲存，然后外銷。

該氯堿公司現有生產的氯化氫合成工藝過程中，采取的控制手段是工人根據觀測二合一石墨合成爐視鏡中火焰的顏色，通過工人手動調節氯、氫管路上的調節閥調節氯、氫流量。由于整個氯化氫合成系統溫度、壓力的不斷變化，通過人工手動調節方式，使得流量不夠精確，容易造成氯氣過量導致二合一石墨合成爐產出的氯化氫中含有氯氣。在制酸過程中，若氯化氫所含的游離氯過高，會形成氫氯爆炸性混和氣體，對安全造成重大隱患。為了防止這一現象出現，氫氣應控制適當過量，但氫氣過多，也會影響生產效率，加大生產成本。

1.2 控制方案與選擇

結合上述工藝，為了克服單閉環比值控制中主流量不受控制，生產負荷在較大范曲內波動的不足的缺點，增加了主流量控制回路。本設計選用雙閉環比值調節系統。該系統具有兩個閉合回路，分別對主、副流量進行定值控制。同時，由于比值控制器K的存在，使得主流量由受到干擾作用開始到重新穩定在給定值這段時間內，副流量能跟隨主流量的變化而變化。這樣不僅實現了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變[2]。

氯氣流量及調節閥組成主控制回路，氫氣流量計及調節閥組成從控制回路，氯氣流量計測得的流量作為主變量在完成本回路調節的基礎上，乘相應的系數(1.05～1.10)給到從控制回路，作為從控制回路的設定值，完成從回路的回路控制。

當主控量氯氣的流量改變時，根據比例調節，副控量氫氣的設定值也會相應的改變，且改變一直滿足比例關系。由于各自回路是閉合回路，各自回路有保持穩定的能力，再加上比值調節，使得整個系統穩定且一直保持氫氣微過量。控制回路原理圖見圖1。

圖1 控制回路原理圖

2 氯化氫合成自動點火控制系統的設計

氯化氫合成爐點火期間非常危險，氫氣在封閉的爐腔內極易產生爆炸事故。由于該氯堿公司現采用人工點火方式，存在較大的安全隱患，本文設計一套自動點火系統能徹底解決此安全問題，減少人為操作，點爐時不需要直接與氫氣接觸，自動點火將大大的增加安全系數。

氯化氫合成爐自動點火系統主要由高壓點火槍、自控閥門、現場操作箱、火焰檢測器、溫度傳感器等器件構成，通過將合成爐自動點火控制程序組態到DCS系統中實現自動化點火控制，見圖2。

圖2 控制原理圖

點火燃燒器構成：燃燒器裝置為一體化內置型，安裝在二合一石墨合成爐上，點火完成也保留在爐膛內，比現有常規的點完火之后燃燒器整體退出爐膛的方案更節省空間與安全。燃燒器裝置兼備監測二合一石墨合成爐內壁溫度的功能，有利于對設備冷卻功能的監視。燃燒器裝置為噴焰型，火焰長度超過合成爐半徑以上。燃燒器裝置能保證在0.1MPaG壓力狀態下的氣相零泄漏。燃燒器裝置的插入深度及設備安裝法蘭標準跟合成爐設備接口配套。

點火槍：點火槍的點火器內置于點火槍內，發火能量達到點燃氫氣的最低要求。

火焰探測器：點火裝置的火焰檢測具有內部檢測與外部檢測的功能。內部火焰檢測1臺，外部火焰檢測2臺。

控制系統：控制系統集成于該公司原有DCS系統中，可實現現場點火，亦可實現遠傳點火功能，現場手動操作點火也是自動化的點火過程，同樣在現場能反應出點火狀態與進程。

系統點火：當具備點火條件時，DCS給出點火指令后，啟動現場控制箱點火按鈕(或由DCS直接啟動點火按鈕)，DCS將自動啟動點火程序點燃點火槍，火焰檢測器檢測到火焰后將點火成功信號傳送至DCS，由DCS控制現場主管路氫氣、氯氣切斷閥，氫氣、氯氣小火閥，點燃二合一石墨合成爐石英燈頭火焰，至此完成自動點火程序。增加氯化氫合成爐自動點火系統后，大大減少了生產過程中的危險事故發生，提高了該公司的安全系數。

3 結論

本文對某氯堿公司現有的氯化氫合成系統進行自動化改造。設計一套雙閉環比值控制系統和一套自動點火系統，將原有的手動控制，改為了自動控制并將控制信號引入該公司的DCS系統控制，使所有控制參數自動連鎖控制。當有危險發生時。都能利用自動系統進行控制．使工藝運行處在安全狀態。

通過自動控制系統實現了整個氯化氫合成的自動化管理，提高了生產的自動化水平．使氯化氫合成更加穩定便捷，對氯化氫生產過程中的控制更加安全。補充了復雜控制系統和安全的連鎖報警系統，降低了故障率，提高了生產中的安全可靠性，降低了現場操作人員和儀表維護人員的勞動強度。