儀表氣對(duì)于化工生產(chǎn)的重要性

安浩龍(陜西黃陵煤化工有限責(zé)任公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，化工的生產(chǎn)規(guī)模逐步走向大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能化、精細(xì)化，同時(shí)自動(dòng)化、現(xiàn)代化程度日益提高，那么這些化工生產(chǎn)裝置就離不開(kāi)儀控系統(tǒng)的參與，生產(chǎn)中，為減少人為操作失誤及勞動(dòng)強(qiáng)度，化工生產(chǎn)的重要單元設(shè)備、閥門都步向自動(dòng)化，這些自控閥門、設(shè)備的儀表執(zhí)行部分按動(dòng)力源分為電動(dòng)和氣動(dòng)兩種，電動(dòng)的以220V 交流電源為能源；氣動(dòng)的以潔凈的壓力穩(wěn)定的壓縮空氣為能源[1]。因氣動(dòng)儀表控制機(jī)構(gòu)精密、微小的特性，所以對(duì)氣源壓力、質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，那么壓力穩(wěn)定、純凈度高的儀表氣源對(duì)于連續(xù)性非常強(qiáng)的化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的。

1 儀表自控系統(tǒng)對(duì)儀表氣源的要求

縱觀各化工生產(chǎn)企業(yè)，因儀表氣源造成中斷生產(chǎn)的比比皆是，其中包括因儀表氣源的供應(yīng)中斷，氣源帶水，管道內(nèi)有焊渣、鐵銹等。如何避免因?yàn)閮x表氣源的原因造成化工生產(chǎn)系統(tǒng)的中斷，那么對(duì)儀表氣源的選取有以下要求：

(1)氣源能滿足氣動(dòng)儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求的壓力，并且維持穩(wěn)定。一般氣動(dòng)儀表為0.14MPa，氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)為0.4～0.5MPa。

(2)由于氣動(dòng)儀表比較精密，其中噴嘴和節(jié)流孔較多，且它們的通徑又較小，所以對(duì)氣源的純度要求較高，主要應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

①固態(tài)雜質(zhì)：大氣中灰塵或管道中的銹垢，其顆粒直徑一般不得大于20μm，對(duì)于射流元件，該直徑不得大于5μm。

②油：大多單位儀表氣使用的壓縮機(jī)為有油潤(rùn)滑的空氣壓縮機(jī)，含油量不得大于15mg/m3。

③腐蝕性氣體：空氣壓縮機(jī)吸入的空氣中不得含有SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蝕性氣體，如不能避開(kāi)，應(yīng)先經(jīng)洗氣預(yù)處理裝置將吸入空氣進(jìn)行預(yù)處理。

④水分：必須嚴(yán)格控制氣源濕度，以防在供氣管道及儀表氣路內(nèi)結(jié)露或結(jié)冰。一般可將氣源的壓力露點(diǎn)控制在比環(huán)境最低溫度還低5～10℃的范圍內(nèi)。

2 儀表氣在化工生產(chǎn)中的作用

隨著科技的進(jìn)步，化工生產(chǎn)逐步走向大型化、智能化。而閥門，作為化工生產(chǎn)的終端控制元件，隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，逐漸由手動(dòng)演變?yōu)榘胱詣?dòng)再到自動(dòng)，自動(dòng)控制的閥門在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相對(duì)于手動(dòng)閥門來(lái)說(shuō)，自動(dòng)控制閥門的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)：

(1)減少人為操作失誤。人為操作時(shí)，由于精神的不集中、工具的不合理、力度的不均勻等人為原因在操作時(shí)造成閥門的誤開(kāi)、誤關(guān)、開(kāi)關(guān)的不合適造成生產(chǎn)系統(tǒng)的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成生產(chǎn)系統(tǒng)的中斷，甚至發(fā)生惡性事故。

(2)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在一套整體的化工生產(chǎn)單元中，多的時(shí)候閥門有成百上千個(gè)，閥門有大有小，而操作現(xiàn)場(chǎng)又不可能配備很多的操作人員，需要時(shí)不時(shí)的對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，人員勞動(dòng)強(qiáng)度不可避免的就加大，幾個(gè)小時(shí)下來(lái)，跑動(dòng)的距離可想而知，而且，人在疲勞的狀態(tài)下很容易出現(xiàn)失誤。

(3)能夠做出快速反應(yīng)，操作穩(wěn)定簡(jiǎn)單。日常操作時(shí)，只需在操作臺(tái)發(fā)出簡(jiǎn)單的指令，便可以達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)工況的目的，尤其當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，需要快速做出反應(yīng)，爭(zhēng)分奪秒，這些都可以通過(guò)儀表控制單元實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)控制閥由閥體、閥內(nèi)件、提供閥門驅(qū)動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及各種各樣的閥門附件組成，典型的閥門附件由電氣閥門定位器、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)、和過(guò)濾減壓閥組成，為了控制閥門的響應(yīng)時(shí)間，有的還需加上增速器、阻尼器和快速排放閥等附件。

控制儀表輸出的控制信號(hào)輸入至電氣閥門定位器，電氣閥門定位器把4～20mA 的信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)來(lái)自動(dòng)調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程，經(jīng)過(guò)反饋系統(tǒng)作用使行程與信號(hào)按比例進(jìn)行變化，從而實(shí)現(xiàn)閥門的準(zhǔn)確定位與精準(zhǔn)操作[2]。那么作為自動(dòng)控制閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源-儀表氣的身份就顯得尤為重要，儀表氣的穩(wěn)定與否直接決定閥門是否穩(wěn)定、精確控制，從而決定化工生產(chǎn)系統(tǒng)是否平穩(wěn)、安全運(yùn)行，而儀表氣的質(zhì)量好壞則直接影響控制閥的壽命。

有時(shí)儀表氣也可作為運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的密封氣、加溫氣，比如在空氣壓縮機(jī)中，儀表氣可作為空氣壓縮機(jī)的密封氣，防止高壓空氣泄漏的同時(shí)軸承初潤(rùn)滑油的滲出。

儀表氣也可做為膨脹機(jī)的密封氣，一是作為增壓端的密封氣，不讓高壓氣漏出。二是做微膨脹端的密封氣，防止低溫氣體泄漏造成軸承潤(rùn)滑油凍結(jié)，造成機(jī)械故障。同時(shí)也可防止?jié)櫥蜐B入軸承密封處，進(jìn)入膨脹機(jī)。同時(shí)儀表氣也可作為膨脹機(jī)的加溫氣，在化工生產(chǎn)單元，膨脹機(jī)往往設(shè)置有備機(jī)，一旦運(yùn)行機(jī)發(fā)生異?；蛐枰ｐB(yǎng)時(shí)停運(yùn)后，則需要對(duì)停運(yùn)的膨脹機(jī)進(jìn)行加溫，讓內(nèi)部恢復(fù)到常溫，則可使用儀表氣作為加溫氣進(jìn)行加溫，保證膨脹機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 儀表氣源的改進(jìn)意見(jiàn)

3.1 從源頭進(jìn)行控制

因化工生產(chǎn)的特性，空氣中或多或的含有一些SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蝕性氣體，或者有些化工生產(chǎn)廠區(qū)通風(fēng)條件不好，地勢(shì)低洼，空氣濕度比較大，在選擇時(shí)，應(yīng)避開(kāi)這些地方，應(yīng)選擇在環(huán)境清潔、通風(fēng)地區(qū)。實(shí)在因地域有限，避不開(kāi)時(shí)，應(yīng)布置在有害氣體及固體塵埃散發(fā)源的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，應(yīng)考慮周圍擴(kuò)建時(shí)可能對(duì)此帶來(lái)的影響，同時(shí)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。

3.2 從生產(chǎn)設(shè)備、工藝進(jìn)行優(yōu)化

(1)在儀表空氣壓縮機(jī)進(jìn)口設(shè)置過(guò)濾器，并定期進(jìn)行清洗、更換等維護(hù)保養(yǎng)。

(2)首先，儀表氣管道應(yīng)使用鍍鋅管，既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時(shí)又能避免管道內(nèi)生銹，將鐵銹渣帶入用戶單元。在儀表空氣壓縮機(jī)出口管道設(shè)置精密過(guò)濾器，若是帶油的壓縮機(jī)，則利用出口精密過(guò)濾器主要除掉油份，若是干式無(wú)油的壓縮機(jī)，則利用出口過(guò)濾器主要除掉水分、灰塵、雜質(zhì)等，在精密過(guò)濾器底部設(shè)置排污口，通過(guò)定時(shí)排污和定期檢查、更換濾芯保證儀表氣源的品質(zhì)。

其次，在壓縮機(jī)出口過(guò)濾器后設(shè)置儀表氣緩沖罐，高徑比應(yīng)設(shè)置合理，能夠保證儀表氣在進(jìn)入緩沖罐后有足夠的空間和時(shí)間完成降速、油及雜質(zhì)的分離、沉降，而后儀表氣從頂部排出(切勿將出口管設(shè)置在底部，以免將沉降下來(lái)的油份、雜質(zhì)又帶出)。同時(shí)在儀表氣緩沖罐底部增加排污口，定時(shí)打開(kāi)閥門排出沉積在儀表氣緩沖罐底部的油份、雜質(zhì)等。

最后，在儀表氣出口管道設(shè)置前置過(guò)濾器，對(duì)儀表氣中的油份、雜質(zhì)、水分再次過(guò)濾，而后進(jìn)入分子篩吸附筒，利用吸附的方法除去儀表氣中的水分、油份、SO2等腐蝕性氣體，儀表氣從筒體底部進(jìn)入(氣流在上部進(jìn)入時(shí)，分子篩表面的承重增加，易造成分子篩的粉化)，上部排出，底部設(shè)置分散氣流的裝置，同時(shí)讓氣流在筒體底部的空間進(jìn)行短暫的降速緩沖，讓氣流均勻平穩(wěn)的通過(guò)填料層。填料層分為兩層，下部為活性氧化鋁，用以吸收儀表氣中的大部分水分、油份，上部為分子篩(人工合成的晶體鋁硅酸鹽)，主要清除儀表氣中的SO2、H2S、Cl2等腐蝕性氣體，采用活性氧化鋁—分子篩雙床層可將吸附筒的有效工作時(shí)間延長(zhǎng)25%～30%[3]。設(shè)置兩臺(tái)分子篩吸附筒，一臺(tái)吸附凈化時(shí)，另一臺(tái)再生，再生分為升壓、并行、加熱、冷吹、降壓，利用吸附凈化后的儀表氣作為再生氣對(duì)另一臺(tái)吸附筒進(jìn)行再生，定期進(jìn)行切換，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，分子篩填料2～4 年更換一次。

分子篩在運(yùn)行過(guò)程中，由于分子篩本身強(qiáng)度、氣流的沖擊、裝填不實(shí)等造成分子篩的粉化，所以在分子篩吸附筒出口設(shè)置后置過(guò)濾器，用以除去分子篩粉末，避免帶入管網(wǎng)造成自調(diào)控制閥精密單元噴嘴、節(jié)流孔的堵塞，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

4.3 下游用戶進(jìn)行規(guī)范使用

(1)在儀表氣系統(tǒng)安裝完工后，對(duì)系統(tǒng)、管網(wǎng)進(jìn)行徹底吹掃，直至打靶確定氣源合格后在使用。

(2)在儀表氣進(jìn)入每個(gè)生產(chǎn)用戶單元總管最低處，最少設(shè)置一處倒淋，定時(shí)打開(kāi)導(dǎo)淋排放，檢查是否帶水、是否純凈。

(3)利用每次停車機(jī)會(huì)，斷開(kāi)自調(diào)控制閥的儀表氣源管進(jìn)行檢查，如有水、雜物及時(shí)進(jìn)行清理，并將進(jìn)入自調(diào)控制閥的儀表氣閥間斷性的打開(kāi)、關(guān)閉吹掃幾次。

4 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)閮x表氣本身使用環(huán)境的特性，所以儀表氣在源頭處就加以選擇控制、而后針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化工藝、精細(xì)操作、定期維護(hù)，總之，保證了儀表氣的品質(zhì)，也就延長(zhǎng)了自調(diào)控制閥的壽命，節(jié)約了成本，減少了造成生產(chǎn)波動(dòng)的不穩(wěn)定因素，杜絕了因儀表氣質(zhì)量問(wèn)題給生產(chǎn)系統(tǒng)造成的影響。

[1]湯學(xué)忠，顧福民.儀表控制與氣體分析[M].新編制氧工問(wèn)答，北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2]毛紹融，朱朔元，周智勇.控制技術(shù)及氣體分析[M].現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理，杭州：杭州出版社，2005.

[3]湯學(xué)忠，顧福民.空氣的凈化[M].新編制氧工問(wèn)答，北京：冶金工業(yè)出版社，2012.