臥螺式沉降離心機在焦化硫磺分離操作中的自動啟停控制

興連祺(中冶焦耐(大連)工程技術有限公司，遼寧 大連 116085)

0 引言

目前在焦化行業的煤氣凈化工藝中，焦化廠大量采用以HPF為催化劑的濕式氧化法脫硫生產硫磺的工藝[1]，隨著中冶焦耐(大連)工程技術有限公司對脫硫廢液焚燒制酸技術的開發成功以及山東鐵雄焦化脫硫廢液制酸項目的投產，以HPF為催化劑的焦爐煤氣濕法氧化法脫硫工藝搭配硫磺和脫硫廢液制酸工藝[2]的工藝組合在焦化煤氣凈化領域中得到了更加廣泛的應用。制酸單元預處理工序的臥螺沉降式離心機對脫硫單元送來的硫泡沫進行離心分離，生產出含水量合格的硫漿原料送去下游設備焚燒生產硫酸，作為離心分離工藝的核心設備，臥螺沉降離心機運行狀態的好壞直接關系到后續工藝的連續平穩運行，然而目前已投產的脫硫廢液制酸工程中，如鐵雄脫硫廢液制酸項目和山東金能脫硫廢液制酸項目，臥螺沉降離心機都采用人工操作，存在著勞動強度大，易發生誤操作等問題。本文結合臥螺離心機的結構特點和工藝要求，設計了臥螺離心機的啟停自動控制方案，對現有項目改造和新項目設計提出了啟示。

1 臥螺沉降離心機在焦化硫磺分離工藝中的應用

在焦化行業的煤氣凈化工藝流程中，臥螺沉降離心機通常用于煤氣濕式氧化法脫硫從脫硫塔再生的硫泡沫中提取硫磺，進行焚燒制取硫酸或者熔硫生產單質硫磺的工藝，在制酸的預處理工序和熔硫工藝中，是硫磺分離工藝的核心設備。臥螺沉降離心機可在高速運轉狀態下連續對物料進行離心分離和卸料，具有處理能力大、設備結構緊湊、運行連續、適用范圍廣、分離效率高、噪音小等特點。通常在硫泡沫離心分離工藝中，離心機進料的硫泡沫中懸浮硫濃度介于30～80g/L，經離心機沉降分離后固相硫膏中含水量小于50wt%，濾液中懸浮硫含量可低至1.0g/L，并且可以通過電機變頻調速或轉鼓與螺旋的差速調節對離心機工作狀態進行調節以靈活適應進料條件的變化，保證固相和濾液的物料組成滿足后續工藝要求。此外臥螺沉降離心機的分離操作在密閉的殼體中進行，系統隔絕大氣不與外界連通，利于集中收集分離過程中產生的氣體，防止脫硫液中的游離氨散逸到大氣中，現場操作環境良好，環保效果顯著。

2 臥螺沉降離心機的結構及工作原理

如圖1所示，臥螺沉降離心機主要由進料管、轉鼓、螺旋、機殼、差速器等機械部件以及配套的電機，控制系統組成。

離心機開機后，轉鼓和螺旋以一定的速度差同向高速轉動，原料從進料口送入螺旋內的空腔，從螺旋上的布料器開孔甩入轉鼓腔內，在離心力的作用下原料的固相顆粒沉積在轉鼓內壁上，形成渣層(固環層)，液相密度較小，分布在渣層內側形成液環層。螺旋與轉鼓之間的相對運動，使沉積于轉鼓內壁的固相緩慢、連續地被螺旋推到轉鼓的小端，最終在固相出口排出；液環層的濾液在轉鼓大端從可調高度的堰板溢流口流出。

圖1 臥螺沉降離心機結構圖

3 臥螺離心機的操作步驟

為了保證設備正常穩定運行，用于焦化行業硫磺分離的臥螺沉降離心機對開、停機等操作的動作順序有著嚴格的要求，錯誤的動作順序或誤操作會導致離心機故障，進而使生產中斷甚至引發安全事故等嚴重后果。臥螺離心機在硫磺離心分離工藝中的一般的動作順序如下。

(1)開機順序：啟動主電機→啟動副電機→開啟沖洗水閥門→沖洗一定時間→關閉沖洗水閥門→開啟進料閥門

(2)停機順序：關閉進料閥門→等待轉鼓內固相基本排空→開啟沖洗水閥門→沖洗一定時間→關閉沖洗水閥門→停止副電機→停止主電機→放空，封閉下料口。

(3)停機沖洗：由于原料硫泡沫的物料特性，臥螺離心機在工作一段時間以后，需要定期(通常7天左右)離線進行清洗，以防止機殼堵料、結垢沉積等故障發生。

臥螺沉降離心機的結構特點和原料硫泡沫的物理特性決定了用于焦化硫磺分離的離心機需要經常切換備機進行檢修和清洗，而目前離心機開、停機等一系列操作大多由工人在現場手動完成，其操作步驟繁多、勞動強度很大，對工人操作的規范性要求很高，容易發生誤操作。從以往實踐中我們了解到，由于未按照操作規程進行開、停機操作和定期沖洗，臥螺離心機曾發生過下料管堵塞、硫膏大量涌入機殼和軸承導致電機過載燒損，以及離心機的動平衡被破壞，高速轉動中的轉鼓和螺旋帶動設備劇烈震動導致軸承損壞。由于硫泡沫離心分離是連續操作，離心機需要規律的進行備機切換，工人需要經常對離心機進行開、停機和沖洗的操作，因此有必要對現行的人工開停機操作模式進行改進，利用自動控制程序，將復雜的操作步驟程序化，實現設備操作的智能化、高效化，減少工人的勞動強度，保障設備安全平穩運行。

4 開停機實現自動操作的工藝方案

針對目前臥螺離心機在焦化煤氣凈化脫硫工藝應用中遇到的實際問題，我們提出了臥螺離心機開、停機操作的自動控制方案并首先在山西永鑫脫硫廢液制酸工程中投入使用，方案的原理圖如圖2。

圖2 臥螺沉降離心機一鍵式自動控制原理圖

此方案在硫泡沫進料、沖洗水和在機殼沖洗管路上各設一個電磁閥，在離心機現場增設一個帶液晶顯示屏的操作盤，離心機的開、停機和在線沖洗可在現場操作盤、機柜間PLC柜和DCS終端三處操作，離心機的各項運行狀態參數可通過現場液晶屏幕顯示并進行調節。通過對PLC柜的編程規定離心機電機和電磁閥的動作順序，實現離心機開、停機和在線沖洗的一鍵式操作，動作順序如下：

(1)開機：在中控室或現場控制盤按下啟動鍵→主電機自動啟動→副電機自動啟動→電機達到工作轉速后自動開啟沖洗水電磁閥→沖洗一定時間(程序設定)→沖洗結束后自動關閉沖洗水電磁閥→自動開啟進料電磁閥開始進料

(2)停機：在中控室或現場控制盤按下停機鍵→自動切斷進料電磁閥停止進料→主、副電機自動降速至清洗轉速→自動開啟沖洗水電磁閥→沖洗一定時間(程序設定)→電機驅動離心機低速正反轉→清洗完成后離心機自動減速停機→自動關閉沖洗水電磁閥。

(3)自動沖洗：按下自動沖洗鍵→自動開啟機背沖洗水電磁閥→沖洗設定時長→自動關閉沖洗水電磁閥

本方案首先應用于山西永鑫制酸項目的預處理工序的臥螺沉降離心機，取得了良好的效果：離心機的開、停機和機殼沖洗實現了遠程和現場的一鍵式操作，提高了設備智能化控制水平，減少了現場操作，降低了操作工人的勞動強度，更重要的是大大降低了誤操作導致生產中斷和設備損壞的可能，保障的生產的連續穩定和工人的人身安全。

5 結語

從臥螺沉降離心機的特點和焦化硫磺離心分離工藝操作的需求出發，針對離心機操作步驟繁瑣、勞動強度大、操作難度大的問題，提出了一種新的臥螺沉降離心機自動化操作方案，實現了臥螺沉降離心機的一鍵式啟停和沖洗，簡化了復雜的操作步驟，提高了設備的智能化水平，并在山西永鑫脫硫制酸項目中進行了實踐，取得了良好的效果，為今后焦化煤氣凈化脫硫領域臥螺沉降離心機的使用提供了更加智能、安全、可靠的方案。