氯化氫合成中氯氫配比自動控制方法的改進

2022-01-04 01:33:44侯守慧張明徐聯軍李艷紅

氯堿工業 2021年7期

侯守慧，張明，徐聯軍，李艷紅

(德州實華化工有限公司，山東德州 253000)

德州實華化工有限公司(以下簡稱“德州實華”)是以生產燒堿、聚氯乙烯樹脂等基礎化工原料為主的氯堿企業?，F有24萬t/a離子膜法燒堿(折100%)、30萬t/a聚氯乙烯、27.5%15萬t/a雙氧水生產裝置。

對于電石法PVC生產企業，生產的氯化氫氣體送至下游PVC生產線，氯化氫與乙炔在混合器混合后進入轉化器中反應生成氯乙烯單體。多數企業原始設計的氯氫自動配比控制方法在運行中存在缺陷，未能投用，現場采用人工觀火，手動調節。由于氯化氫含有的游離氯在VCM工序混合器與乙炔劇烈反應發生爆炸這樣的事件偶有發生，輕則造成生產的中斷，重則造成重大經濟損失及人員傷亡[1]。針對這一風險，德州實華成立專題小組進行攻關，對氯化氫合成中氯氫自動配比控制方案進行了改造，效果顯著。

1 氯氫配比原始自動控制的設計及問題

1.1 設計

(1)氯氣壓力和氫氣壓力的相關聯鎖。

(2)氯氣流量和氫氣流量的自動控制。氯氣和氫氣的比值控制框圖如圖1所示。

圖1 氯氣和氫氣的比值控制框圖Fig.1 Block diagram of chlorine-to-hydrogen ratio control

1.2 聯鎖的投用情況

(1)氫氣壓力控制：氫氣壓力≤50 kPa時，氫氣切斷閥關閉;氫氣壓力≥120 kPa時，氫氣切斷閥關閉。

(2)氯氣壓力控制：氯氣壓力≥180 kPa時，氯氣切斷閥關閉。

(3)氯氣切斷閥和氫氣切斷閥進行聯鎖。

1.3 存在的問題

目前,氯化氫合成爐的氫氣和氯氣流量配比的自動控制方式為雙閉環比值回路控制，存在的問題如下：①氫氣分子量低，逃逸性好，氫氣含水冷凝易干擾測量，要求控制閥靈敏度高;②自控狀態下，氫氣壓縮機突然跳停，氯化氫氣體中過氯問題無法規避，如果氯化氫合成工序所供的氯化氫氣體中含有游離氯，就會在后續工藝中與乙炔氣發生反應，生成極易爆炸性產物氯乙炔并放出大量的熱，對生產系統的安全穩定運行造成極大威脅。

2 改造措施

專題小組經過多次交流和分析論證，并請國內專家進行指導，確定了改造的控制方案：在流量小波動時，系統自動調節；在流量大波動時(如氫氣壓縮機跳停)，自動轉到人工遙控干預狀態；當臨近安全壓力邊界時，自動聯鎖保護停爐，確保操作安全和生產穩定。

(1)小波動情況。

合成爐氯氣氫氣比值自動調節采用了基于交叉限制原理的控制策略，其主要思路是：通過低選器對氯氣限制，高選器對氫氣限制，通過高、低選擇器使氫氣流量和氯氣流量相互感知，相互鎖定，在負荷調整、流量擾動發生時保證氫氣過量，不產生游離氯。升負荷時氯氣流量受到氫氣流量閉鎖不會升高，氫氣設定值與負荷目標值同步升高，氫氣調節閥動作，實測氫氣升高后，氯氣設定量隨之提高；降負荷時，由于氫氣設定值受到實測氯氣量的閉鎖不會馬上降低，氯氣設定值隨目標值降低而降低，實測氯氣流量降低，氫氣設定值隨之降低。

(2)當有類似氫壓機跳停(輸送動力突然減少20%以上)的大波動發生時，采取類似于超馳控制的安全機制，系統自動轉為手動狀態，由人工進行干預，并設定氫氣下降安全壓力(設3個壓力等級)，人工干預無法保證氫氣總管壓力大于相應壓力等級時，則對應合成爐聯鎖保護停爐。

(3)現場的輔助措施。

①現場合成爐增加攝像頭，取代現場觀火；增加視鏡的人工沖洗裝置，保證視鏡清晰，提升火焰檢測精度。

②設計增加氫氣流量計的倒U形管路，避免氫氣帶水影響氫氣流量的測定，提高氫氣流量的檢測精度。

③設計氫氣壓力的分級報警聯鎖，最大程度保證氯化氫的過氫控制。

④增加一鍵停爐按鈕，提高操作人員的緊急處置速度。