氯化氫合成爐自動點火的實現

黃潤滋，謝仲陽，農春玲

(廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600)

傳統合成爐點火方式是點燃點火棒后，把點火棒伸入合成爐內，將火焰放在石英燈頭上。點火棒放置位置要合適，此時需要從合成爐爐門處觀察火焰燃燒情況和所處位置。若爐內有少量的氯氣，會發生反應，點火瞬間將大量往外噴火，嚴重時會爆炸；由于進爐氫氣管內有空氣存在，在通入氫氣時，若氫氣和空氣混合比例不當，會生產爆炸，造成人員傷亡、設備損壞。

廣西柳化氯堿有限公司(以下簡稱“柳化氯堿”)氯化氫合成爐采用傳統人工手動方式點火，存在重大安全隱患，必須進行升級改造，以保證人身、生產安全。

利用DCS實現合成爐自動點火，操作人員只要按下點火按鈕鍵，系統就會自動發出指令完成一系列自動化點火過程，操作非常便捷。

1 控制系統

自動點火由PLC點火系統完成。PLC點火系統由PLC控制柜、現場點火與氣控柜、高壓變壓器、點火槍、火焰檢測器、多級火焰調節等組成。將該PLC自動點火系統引入氯化氫生產控制系統DCS，點火操作和控制在DCS控制室完成。DCS可控制點火，也可通過PLC柜操作面板就地模式控制實現現場氯化氫合成爐點火。

2 自動點火及停車聯鎖

在DCS上可顯示點火狀態與進程，圖1中自動點火控制界面的整個DCS組態包括3部分：點火條件準備，點火過程，停車聯鎖。

2.1 點火前準備工作

點爐前，全面檢查設備、儀表、管道、閥門、壓力是否處于正常狀態，由分析人員取樣分析爐內的混合氣體含氫≤0.4%時合格，且滿足工藝條件。

2.2 DCS點火過程

(1)主控打開DCS上的自動點火操作畫面，將“就地/遠程S-00”按鈕切換至“遠程”。確認HV-5459(氫氣切斷閥)和HV-5458(氯氣切斷閥)關閉后，打開XV-5454(尾氣放空開關閥)和FSL-5450(循環水流量開關閥)，關閉XV-5450(爐門開關閥)，條件滿足后“允許吹掃”燈常亮。

(2)氮氣吹掃。主控設定氮氣吹掃時間為180 s，關閉XV-5454(尾氣放空閥)，按“吹掃”按鈕進行氮氣吹掃，完成吹掃后“吹掃完成”燈常亮。

(3)空氣補充。設定空氣補充時間為600 s，按“空氣補充”按鈕，則PLC啟動程序自動打開XV-5450(爐門開關閥)和關閉XV-5454(尾氣放空閥)向合成爐補充空氣，直到“空氣補充完成”燈常亮，此時，主控人員通知分析人員進行爐內含氫分析(取樣時須停下水流泵，負壓恢復為常壓后取樣)。

圖1 自動點火控制界面圖

(4)爐內含氫分析合格(體積分數≤0.4%)，合成爐具備點爐條件后，主控人員即按“點火允許”按鈕，當“點火允許L-31”燈常亮后可進行點爐操作。按“總停S-34”按鈕復位，然后按“吹掃點火S-31”按鈕進行空氣吹掃，吹掃時間約10 s；點火槍吹掃時“點火狀態L-32”燈閃爍；吹掃完成后“點火狀態L-32”燈常亮，啟動內置定時器，到時點火。在此過程中“點火狀態L-32”燈由常亮再次變為閃爍,直至點火成功為常亮。“槍火焰狀態”燈常亮，表示點火槍點火成功，火焰溫度顯示“TTI-200”的溫度值會逐漸上升，延時適當時間，程序自動打開HV-5459(氫氣切斷閥)和HV-5458(氯氣切斷閥)。

此時“氫氣切斷閥開”指示燈和“氯氣切斷閥開” 指示燈變為常亮，程序自動打開“氫氣小火閥XV-5452”，檢測點火信號送入PLC和DCS；如在40 s內未見“L-32點火狀態”燈常亮，表示點火失敗。如點火失敗，則程序自動關閉氣控柜內的氫氣控制閥、空氣控制閥和空氣調節閥，關閉高壓放電，開啟氮氣控制閥對燃燒器進行吹掃，吹掃180 s后停止吹掃。再點火時，須對點火裝置進行復位，按“總停S-34”，保證重新進行點火的一系列過程。

(5)合成爐中心火焰點燃后(即氫氣已燃燒)，火焰溫度顯示“TTI-200”的溫度值會迅速升高到200 ℃左右，“火焰狀態L-33”燈常亮，火焰檢測器檢測到火焰后“火焰狀態1”燈和“火焰狀態2”燈會分別變為常亮，主控按“開氯氣閥S-32”啟動按鈕，自動打開“氯氣小火閥XV-5451”時序檢測點火信號。信號有效,點火將順序進行保持；無效則聯鎖，主控同時打開FIC-5455(吸收水流量調節閥)加適量吸收水。

(6)通過火焰攝像確認合成爐內氫氣和氯氣已燃燒，主控分別按“氫氣調節閥(電磁閥)”按鈕和“氯氣調節閥(電磁閥)”按鈕，適當調節FIC-5452(氫氣調節閥)和FIC-5451(氯氣調節閥)開度加大進爐氫氣量和氯氣量，保證合成爐火焰穩定，同步增加該爐吸收水流量。火焰穩定后，按先后順序關閉XV-5450(關閉爐門)→開XV-5454(開尾氣放空)→關HV-5454(停下水流泵)→按“停點火槍” 按鈕停點火槍→合成爐投入“聯鎖”。

(7)待合成爐提量穩定運行后，按“總停S-34”按鈕，點火槍處于安全狀態，合成爐主管道氫氣與氯氣小閥處于安全關閉狀態，此時可以退出自動點火操作畫面，完成自動點火整個流程。圖2為部分DCS自動點火組態圖。

圖2 部分DCS自動點火組態圖

(8)點火槍停止。按S-33可先停點火槍；關閉氫氣控制閥,關閉空氣控制閥，開啟氮氣控制閥對點火燃燒器進行吹掃,氮氣控制閥始終保持開啟，并通過減壓閥調節合適的流量(3 m3/h),減壓閥出口壓力應始終大于合成爐爐內壓力。

2.3 停車聯鎖程序

聯鎖動作設計如下(聯鎖邏輯關系如圖3所示)：氯氣緩沖罐壓力PSL_5451D過低聯鎖報警，氫氣緩沖罐壓力PSL_5452D過低聯鎖報警，循環水流量FLS_5450D關閉狀態聯鎖報警，合成爐火焰BE_001D和合成爐火焰BE_002D同時不亮狀態聯鎖報警，合成爐緊急停車按鈕按下。滿足以上其中一個條件就觸發聯鎖以下動作：①打開氮氣切斷閥HV_5462D，②氫氣調節閥(電磁閥)FSV_5452D失電，③關閉氫氣切斷閥HV_5459D，④氯氣調節閥(電磁閥)FSV_5451D失電，⑤關閉氯氣切斷閥HV_5458D，⑥打開尾氣放空閥HV_5452D。

圖3 停車聯鎖邏輯關系簡圖

點爐完成后，合成爐工序DCS全部投入聯鎖狀態，以保證合成爐安全運行。火焰檢測有2個，確保準確監測到爐內火焰是否正常燃燒，防止誤動作引起非正常停爐。

DCS停車聯鎖組態如圖4所示。

緊急停車控制采用DCS操作人員按緊急停車按鈕聯鎖停車，當發生特殊情況，可快速切斷合成爐Cl2進氣切斷閥和H2進氣切斷閥，開啟HV_5462(氮氣閥)向合成爐充氮氣，逐漸打開HCl去吸收系統的閥門，同時調節FIC_5455(吸收水流量調節閥)，逐漸降低吸收水流量至1 m3/h左右，約5 min后，關閉FIC_5455(吸收水流量調節閥)，充分確保氯化氫完全吸收。

火焰檢測采用紫外火焰探測器，為開關量輸出，置于合成爐視鏡外，主要是防止非正常息爐的情況還進Cl2和H2。

值得注意的是：停爐檢修后，在點火前，要檢查火焰檢測器(關系到點火槍點火是否正常工作)，發現污垢，要及時清理。

圖4 DCS停車聯鎖組態圖

3 調試

調試過程出現如下問題。①畫面太零散、組態程序錯誤。經過優化后，效果較好，便于工藝人員操作。②爐內正常情況時，火焰檢測器信號經常閃爍，后經廠家更換后，穩定性得到提高。③自動點火停車聯鎖未能與原HCl生產停車系統銜接，通過溝通,改變工藝流程解決問題。

4 結語

鹽酸合成爐PLC自動點火系統與DCS控制相結合，實現了氯化氫合成爐自動點火及聯鎖控制，點爐時不直接與氫氣接觸，生產更安全、穩定。