氯氣壓縮機一鍵開車自動化改造

孫成芳,王智遠，黃學文

(1.萬華化學(寧波)氯堿有限公司，浙江 寧波 315812；2.寧波美諾華藥業股份有限公司，浙江 寧波 315040)

萬華化學(寧波)氯堿有限公司(以下簡稱“萬華寧波氯堿”)目前燒堿產能為55萬t/a，分3期完成。氯氫工序有3臺氯氣壓縮機輸送氯氣，A、B機帶1期和3期負荷，C機帶2期負荷。在氯氣壓縮機開車過程中，由于操作頻繁，如果由人工進行，失誤率增大，具有安全風險，因此，萬華寧波氯堿對氯氣壓縮機進行了一鍵開車自動化改造。

1 氯氣壓縮機的工作原理

氯氣壓縮機負責將干燥氯氣加壓、冷卻后，輸送至氯氣液化、次氯酸鈉等用氯工序；同時，通過調節氯氣透平機組的工作負荷，保持其入口有一個穩定的壓力，從而實現離子膜電解氯氣總管的壓力平穩。

本崗位采用德國西門子公司生產的離心式多級壓縮機組進行氯氣的壓縮及輸送。離心式多級壓縮機組也稱透平壓縮機，它的工作原理與離心泵類似，通過渦輪的高速轉動，產生離心力，將氣體壓縮。壓縮后的氣體壓力升高，產生輸送動力。

氣體在壓縮機內每經過一級壓縮，體積縮小，壓力按比例上升，溫度升高。為了實現再次壓縮以獲得更高壓力，每級壓縮后的氣體必須經過一個冷卻器，用水冷卻以降低溫度。冷卻過程中，氣體的體積和壓力不變。

氯氣壓縮機具有轉速高、輸送量大、耗能低的特點。因此，它對氣體雜質含量的要求也相應較高，特別是含水量，氯氣壓縮機要求一級入口的氯氣含水質量分數在5×10-5以下。

2 氯氣壓縮機手動開車存在的問題

2.1 氯氣壓縮機開車過程

氯氣壓縮機開車主要包括以下4個過程：①開車準備,②進口充氮,③氮氣開車,④并網操作。

2.2 氯氣壓縮機手動開車存在的問題

(1)氯氣壓縮機充氮閥為手動閥，在開車期間需現場動作手閥，動作頻次較多。開車前，向進口充氮須將壓力提高至開車指標，然后啟動氯氣壓縮機。在啟動氯氣壓縮機的瞬間，由于抽力較大，進口壓力會低至負壓，現場人員須憑借操作經驗根據進口壓力變化來調節氮氣手閥開度，難度大，失誤率增大。

(2)氯氣壓縮機進口蝶閥為手動閥，在開車期間接收氯氣前，需現場人員把該閥門緩慢全開，由于閥門過大，打開時間較持久，且開閥門期間會導致壓力波動，需現場與DCS操作人員配合調節氯氣壓縮機進口氮氣及出口開度等，以穩定壓力。該操作難度大，易出現失誤，存在安全風險。

綜上手動開車過程中存在的問題，萬華寧波氯堿決定對氯氣壓縮機進行一鍵開車自動化改造。

3 氯氣壓縮機自動化開車改造

3.1 改造思路

在氯氣壓縮機進口增加調節閥，由順控程序控制閥門，從而達到無人操作水平。

3.2 順控開車程序

氯氣壓縮機開車選擇：原始開車“First”或并網開車“Combine”。

控制程序有以下4個功能：程序開始“Start”，程序緊停“Stop”，程序手動“Reset”，程序暫停“Suspend”。

故障監測：當前故障顯示CURRENT FAIL，上一次故障顯示LAST FAIL。

程序保護：當開車過程中觸發聯鎖條件時，順控程序停止運行，聯鎖氯氣壓縮機停車。

3.3 氯氣壓縮機順控開車改造難點及解決方法

(1)氯氣壓縮機開車過程須控制氯氣總管壓力在一定范圍，由于氯氣壓縮機進口導葉及回流控制方式采用PIC，在DCS中無法直接控制氯氣總管壓力。進口導葉控制回路為進口壓力，而回流調節閥須控制閥門開度，給控制造成困難。

對于該困難點，利用程序控制邏輯性的優點，增加氯氣總管壓力限制區間，設定上限及下限。在開車升電流過程中，隨著氯氣量的不斷增加，氯氣總管壓力逐漸呈現上升趨勢，給定進口導葉開大的速率及回流調節閥關小速率來控制壓力。

下面以進口導葉動作為例進行說明：當氯氣總管壓力高于上限，進口導葉按照一定速率逐漸開大；當氯氣總管壓力低于下限，進口導葉按照一定速率逐漸關小。當氯氣總管壓力在控制范圍時，進口導葉暫停動作，從而達到控制氯氣總管壓力在控制范圍。根據壓力控制要求，該范圍在DCS上設定。

(2)啟動氯氣壓縮機的瞬間由于抽力過大導致進口壓力為負壓，需要進口氮氣立即進行補充，防止大負壓導致氯氣壓縮機停車。對于該操作，增加程序自動控制，當程序監測到氯氣壓縮機運行信號變為“ON”時，給定氮氣調節閥開度，當監測到進口壓力上升大于一定數值后給定氮氣調節閥一個設定值，隨后根據進口壓力調節氮氣閥開度，將進口壓力控制在要求范圍之內。

(3)氯氣壓縮機回流控制循環流量，由于開車初期，氯氣純度較低，循環流量較低，回流無法動作，在開車期間增加循環流量實時監測。待循環流量達到一定量，且回流調節閥反饋達到閥門設定開度時，證明回流可動作；程序判定以上兩個條件均滿足后，再給定回流調節關小速率。

3.4 氯氣壓縮機順控開車流程

(1)現場準備確認：現場操作人員進行現場準備，準備完成后反饋給DCS控制人員。

(2)開車條件確認：DCS操作人員確認壓縮機開車條件均滿足，壓縮機自檢完成后按下確認按鈕。

(3)進口充氮：自動調節氮氣閥門開度，進行充氮。

(4)現場啟動：進口壓力達到啟動條件，現場啟動壓縮機，程序監測運行信號。

(5)氮氣開車：自動調節氮氣開度，穩定進口壓力。

(6)開車分支選擇：DCS操作人員選擇首次開車或并網開車。

(7)并入氯氣：根據開車分支選擇進行自動調節及氯氣并網操作。

4 結語

隨著智能化的提升，萬華寧波氯堿先后完成了氯氣壓縮機在線切換及一鍵開車順控的投用，不但提高了產能，減少了人工操作，降低了人工誤操作的風險，更是提升了氯氣壓縮機自動化程度，推進了智能工廠的建設。