氯化氫合成生產中制酸工序DCS控制方法開發與應用

王 飛，安豐穎（新疆天業集團天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

天能化工有限公司45萬t/a聚氯乙烯項目中氯化氫合成制酸工序存在人工操作耗時長、效率低、操作步驟多、易出現操作失誤造成系統不穩定等問題。針對這些問題，通過對操作過程進行全面分析，研究DCS控制技術，實現正常生產及異常生產中制酸工序操作的智能化控制，形成一套關鍵參數控制、異常工況平穩切換和精準操作的控制方法。

1 工藝流程敘述

合成爐生產的氯化氫氣體 （溫度 （TI-5103）在40℃以下）從合成爐的冷卻器底部導出，氯化氫出口壓力（爐壓）≤65 kPa（設定值）），進入氯化氫分配臺，由分配臺上調節閥（送往降膜吸收器吸收產鹽酸）、（送往下游工序合成生產PVC）控制氯化氫去向。當生產中氯化氫合成下游崗位出現生產異常不需要氯化氫氣體時，合成氯化氫氣體送往制酸工序，氯化氫氣體在吸收裝置中生產鹽酸，此過程俗稱改吸收。

制酸工序過程中同時關閉調節閥（送往下游工序合成生產PVC）至全關，開打調節閥（送往降膜吸收器吸收產鹽酸）至調整到設定爐壓值，過程中爐壓≤65 kPa（設定值），且爐壓大于氯化氫總管壓力，氯化氫合成工藝流程示意圖見圖1。

2 技術背景

氯化氫合成生產過程中涉及到氫氣、氯氣、氯化氫等危險氣體，傳統生產模式中自動化程度較低，制酸操作經歷了現場純手動操作（操作閥門為手動控制閥）——遠程手動操作（操作閥門為氣動控制閥）。現有技術存在以下缺陷：一是合成爐爐壓調解不及時，造成進爐氫氣、氯氣配比失調，制酸時若尾氣塔含氫超標易形成爆炸性混合氣體，影響設備安全；制酸時若尾氣塔含氯超標，吸收不完全，會造成大氣污染；二是總管氯化氫壓力小于爐壓，造成總管氯化氫氣體倒壓回到合成爐及吸收塔，甚至使乙炔氣反串至合成氯化氫主管，極易發生爆炸事故；三是氯化氫制酸工序自動化程度相對落后，勞動強度大、事故率較高、因工人操作不當帶來的生產事故時有發生。

圖1 氯化氫合成生產工藝流程示意圖

3 氯化氫合成制酸工序DCS控制方法

該公司在2016年年初確定開發一鍵完成制酸工序操作的DCS控制方法，組織專業研發人員，于同年年底完成項目開發調試并應用生產，控制邏輯圖見圖2。

氯化氫生產中一鍵完成制酸工序操作的DCS控制方法，是在氯化氫中控操作平臺設置一鍵制酸啟動按鈕（或程序根據異常參數設定值自動判定），其程序步驟如下：

（1）開始制酸。中控按下一鍵制酸啟動按鈕（或程序根據異常參數設定值自動判定），DCS系統自動檢測啟動軟鍵FL-GXSX=ON，若程序啟動正常進入下一步，否則啟動程序結束；

（2）去吸收調節閥PVXXXA、送氣調節閥PVXXXXB互鎖自動解鎖。SQXSF.MODE=MAN，計算吸收水調節閥設定值：PVXXXXA.SV=FXXXXA.PV*2/BZSD.SV，吸收水調節閥狀態自動：PIXXXX.MODE=AUT；BZSD為吸收水調節閥設定值賦值；

（3）送氣調節閥手動。PVXXXXB1.MODE=MAN，吸收調節閥手動：PVXXX.MODE=MAN；

（4）吸收調節閥設定值計算。PVXXXXA.SV=PIXXXX.PV=SDPXXXX.SV，吸收調節閥給定初始閥位：PVXXXXA.MV=FWCS23A.SV，送氣調節閥設定值：PVXXXXB1.SV=XSSD23B.SV；

（5）送氣調節閥自動。PVXXXXB1.MODE=AUT，吸收調節閥自動：PVXXXXA.MODE=AUT；

（6）吸收調節閥設定值小于吸收調節閥設定值的賦值時進入下一步，否則等待。PVXXXXA.SV＜XS23A.SV；

（7）當吸收調節閥閥位等于吸收調節閥設定值時進入下一步。PVXXXXA.SV=PVXXXXA.SV；

（8）送氣調節閥閥位小于送氣調節閥設定值的賦值時進入下一步，否則等待。PVXXXXB.MV＜XSFW23B.SV；

（9）送氣調節閥手動。PVXXXXB1.MODE=MAN，當送氣調節閥關閉時進入下一步：PVXXXXB1.MV=0%；

（10）送氣電磁閥關閉。 KVXXXB=OFF；

（11）吸收調節閥設定值等于該閥的設定值賦值。PVXXXA.SV=XSZ23A.SV，送氣調節閥設定值等于該閥的設定值賦值：PVXXXXB.SV=XSZ23B.SV，吸收調節閥狀態自動：PVXXXXA.MODE=AUT；

（12）吸收調節閥、送氣調節閥自動連鎖。SQXSF.MODE=AUT，啟動軟鍵復位FL-SQX=OFF，制酸程序結束。

圖2 控制邏輯圖

4 結語

氯化氫生產中制酸工序的DCS控制方法與現有技術相比，其有益效果在于：

（1）提供了一種氯化氫生產中一鍵完成制酸工序的DCS控制方法；

（2）使合成爐爐壓及時、穩定調解，避免了進爐氫氣、氯氣配比失調造成的安全隱患；

（3）可有效避免總管氯化氫壓力小于爐壓，總管氯化氫氣體倒壓回到合成爐及吸收塔的安全隱患；

（4）操作簡便、自動化程度高、安全系數高、穩定性好，真正實現了氯化氫制酸工序的自動化控制，不僅降低了勞動強度，而且降低了生產成本。

該套控制程序的應用為氯化氫合成工序最復雜繁瑣的操作縮短了時間，將原操作完成時間由單人操作單臺合成爐7～10 min（按兩名操作人員同時操作，每人5臺合成爐，總用時30 min以上），縮短至單人4 min以內完成操作。

可廣泛應用于氯化氫合成制酸工序的DCS控制工藝中，包括異常情況緊急改吸收制酸，正產情況下氯化氫合成爐停車切換改吸收制酸，使用范圍更廣，且首次提出了時效性（能夠按生產要求合理控制制酸操作完成時間），這點在化工生產上下游聯動協調控制上很重要。