在聯(lián)堿外冷工序使用儀表切斷閥

楊 力，劉亞旗，閆晶辰

（天津渤化永利化工有限公司，天津 300452）

近年來，隨著化工工藝和設(shè)備的改進(jìn)，自動化水平的提高，國內(nèi)聯(lián)堿工廠陸續(xù)改用了逆料流程生產(chǎn)氯化銨，而且結(jié)晶器操作溫度普遍提高，同時相繼完成了外冷器液氨直冷工藝技術(shù)，外冷器冷卻負(fù)荷大幅降低。為了更好地控制結(jié)晶工藝指標(biāo)，降低操作人員的勞動強度，防止設(shè)備的意外停車，我公司率先提出了將外冷液氨循環(huán)罐進(jìn)液管線等共計7套倒換閥門由手動改為自動控制，并最終實現(xiàn)全套外冷系統(tǒng)閥門切換的DCS時序控制。本文將詳細(xì)闡述其設(shè)計理念及技術(shù)方案。

1 外冷器系統(tǒng)裝置描述及工作原理

1.1 裝置描述及簡易工藝流程介紹

我公司聯(lián)堿項目外冷工序共有冷析結(jié)晶器4臺、混合結(jié)晶器2臺、外冷器、液氨循環(huán)罐、氨分離器、軸流泵各18臺。每組外冷循環(huán)系統(tǒng)包含外冷器、液氨循環(huán)罐、氨分離器各1臺?，F(xiàn)階段每組裝置上在液氨循環(huán)罐進(jìn)液、氨分離器出口、進(jìn)外冷器氨Ⅰ、出外冷器氨Ⅰ、出外冷器半Ⅱ、外冷器溢流氨Ⅰ（共兩處）7條管線上各有工藝手閥1臺。

表1 工藝設(shè)備清單

表2 儀表設(shè)備清單

簡易工藝流程：由制冷工序來的液氨減壓后經(jīng)液氨循環(huán)罐進(jìn)入外冷器，與半II循環(huán)液換熱后的氣、液氨混合物由氨循環(huán)罐和氣液分離器進(jìn)行氣液分離；液氨直接回外冷器，一部分氣氨回制冷工序，經(jīng)氨壓縮機加壓冷凝液化后再送入液氨循環(huán)罐，另一部分氣氨去母Ⅰ、母Ⅱ吸氨器。

1.2 冷析及混合冷析原理

1.2.1 冷析原理

液氨經(jīng)液氨循環(huán)罐進(jìn)入外冷器，液氨氣化帶走大量熱量，使半Ⅱ循環(huán)液溫度降低，氯化銨溶解度明顯降低而析出，氯化鈉溶解度稍有增加而保持遠(yuǎn)離析出點。為制得純度較高的工業(yè)氯化銨產(chǎn)品提供原料。

1.2.2 混合冷析原理

冷AⅠ、半母Ⅱ?qū)β然c是不飽和的，鹽析結(jié)晶器取出晶漿所帶的氯化鈉進(jìn)一步溶解，冷析及鹽析效應(yīng)使氯化銨結(jié)晶析出和長大，控制相應(yīng)的鈉離子濃度 ，得到滿足農(nóng)業(yè)氯化銨成品成分要求的氯化銨結(jié)晶。

2 儀表切斷閥代替工藝手閥

工藝手閥和儀表切斷閥的定義：

(1)護(hù)理前、后,以Zung氏焦慮自評量表(SAS)、抑郁自評量表(SDS)評價情緒狀態(tài),兩量表均換算為標(biāo)準(zhǔn)分值(總粗分乘以1.25,取整數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)分),SAS>50分表明有焦慮情緒,SDS>53分表明有抑郁情緒,分?jǐn)?shù)越高則不良情緒越為嚴(yán)重[1]。(2)出院時,分發(fā)我科室自擬患者對護(hù)理滿意評分量表,包括服務(wù)態(tài)度、病房環(huán)境、專業(yè)技能、健康教育以及溝通交流5項,每項4道題,每題1-5分,滿分100分,分?jǐn)?shù)越高則滿意度越高。

工藝手閥一般是指安裝在工藝管道上的閥門，不具有自動控制功能，需要手動操作的閥門。它的主要用途是在開車時控制物料（或工藝介質(zhì)）的進(jìn)料或者有故障時可以完全打開或關(guān)閉閥門，切斷物料來源，以便進(jìn)行故障處理。

儀表切斷閥具有遠(yuǎn)程自動控制功能，接收控制系統(tǒng)信號，控制工藝管道內(nèi)流體的切斷、接通或切換。具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)靈敏、精度高、泄漏量小、動作可靠等特點。

顯然兩者相比較，儀表切斷閥更加方便快捷、迅速靈敏、安全可靠，而且大大降低勞動者的工作強度，提高工作效率，避免事故發(fā)生，可以更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

目前，在外冷循環(huán)系統(tǒng)管線上有18組（每組各7臺）共計126臺工藝手閥，分別是液氨循環(huán)罐進(jìn)液截止閥、氨分離器出口截止閥、進(jìn)外冷器氨I截止閥、出外冷器氨I截止閥、出外冷器半II截止閥、外冷器溢流氨I截止閥（共兩處）。每組7臺手閥在生產(chǎn)和開停設(shè)備時起著至關(guān)重要的作用，尤其是在倒換設(shè)備時需要及時打開／關(guān)閉閥門，為了方便敘述，我們將這7臺手閥按上述順序由1?！?＃命名，具體閥門位置如圖1 。

圖1 外冷系統(tǒng)新加儀表切斷閥位置圖

在正常生產(chǎn)中，每組外冷器需要輪替地開啟或者停止，每組7臺閥門每6h開／關(guān)閥門一次。當(dāng)設(shè)備由清洗狀態(tài)轉(zhuǎn)為作業(yè)狀態(tài)時，打開1＃手閥，其后有一臺儀表調(diào)節(jié)閥，相互配合開度，使液氨經(jīng)液氨循環(huán)罐進(jìn)入外冷器，并通過調(diào)節(jié)閥控制罐中液位，同時打開氣氨出口手閥，即2＃手閥。然后打開4＃手閥下放熱AI母液，放空后關(guān)閉4＃手閥，同時關(guān)閉3＃、5＃、6＃、7＃手閥。

當(dāng)設(shè)備由作業(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)為清洗狀態(tài)時，關(guān)閉1＃、2＃手閥，防止液氨繼續(xù)流入，以致氣氨中帶液，頂停冰機。然后打開5＃手閥，將熱AⅠ熱母液下放至BMⅡ桶，待放凈后，關(guān)閉5＃手閥，同時打開3＃、6＃、7＃手閥，關(guān)閉＃4手閥。

最終，在清洗狀態(tài)時，保持3＃、6＃、7＃手閥打開，1＃、2＃、4＃、5＃手閥關(guān)閉；在作業(yè)狀態(tài)時，保持1＃、2＃手閥打開，3＃、4＃、5＃、6＃、7＃手閥關(guān)閉。

由此可見，以上7臺閥門對生產(chǎn)至關(guān)重要，而且每次換車時工作量巨大。一旦在清洗換車時有任一閥門開／關(guān)不到位或者動作延誤，都會影響外冷結(jié)晶系統(tǒng)的作業(yè)效率，還會影響產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)量，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致氣氨的泄漏。因此，每一臺閥門都要在任何情況下及時有效地動作。儀表切斷閥可以遠(yuǎn)程操作，精確可靠，操作工不用到現(xiàn)場就能完成閥門的開關(guān)，而且反饋指示清楚，降低了勞動強度，提高了工作效率。

3 儀表切斷閥在外冷系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用

DCS控制系統(tǒng)方面：

增加126個DO（數(shù)字量輸出）控制點和252個DI（數(shù)字量輸入）控制點，閥門電源由DCS直接提供直流24V，DO卡件輸出開／關(guān)信號，并將開／關(guān)信號反饋至DCS系統(tǒng)操作畫面上，供操作人員查看和校對。

在日常的生產(chǎn)過程中，18組外冷系統(tǒng)需要進(jìn)行倒換開啟／關(guān)閉，為了使外冷器作業(yè)時發(fā)揮最大效率，避免管道內(nèi)介質(zhì)溫度不會過低，產(chǎn)生結(jié)晶，因此在實現(xiàn)倒換閥門由手動操作改成自動控制后，接著要實現(xiàn)閥門切換的DCS時序控制，即每組閥門在換車時每6h開／關(guān)一次。

如圖2所示，IN和Q是BOOL類型，PT和ET是TIME類型。如果IN是TRUE并且ET小于等于PT，Q是TRUE，否則，Q是FALSE。也就是當(dāng)閥門的反饋信號在保持原狀態(tài)6個小時后，會自動切換為與其相反的狀態(tài)，即實現(xiàn)了單個閥門的時序控制。

圖2 時序控制邏輯圖

4 現(xiàn)場切斷閥的選型

在閥門的選型上，根據(jù)工藝介質(zhì)特性和現(xiàn)場環(huán)境，需要充分考慮到閥門改造中的密封、結(jié)晶問題。

首先，球體方面選擇超大尺寸球體，允許有5%～7%的額外行程，降低球孔邊緣磨損，并消除因執(zhí)行機構(gòu)不準(zhǔn)確關(guān)閉而造成的意外泄漏。

其次，閥門采用組合密封設(shè)計，上下采用加鎳絲的柔性石墨盤根，中間采用模壓成型石墨填料，并在中間加填料隔環(huán)。對填料壓板的緊固螺栓設(shè)置蝶型彈簧預(yù)緊，即活載結(jié)構(gòu)，在閥門溫度和應(yīng)力交變中，使填料的預(yù)緊力得到連續(xù)性補償，杜絕外泄漏。

第三，副閥體采用一體式閥座，閥座為副閥體不可分割的一部分，不存在任何泄漏的可能，且閥座上密封面寬大，避免了因小的刮擦而可能造成的泄漏。此外在中法蘭密封上采用了金屬O型圈的設(shè)計，保證了在高溫或溫度變化情況下不產(chǎn)生泄漏。其閥門重要選型參數(shù)如表3。

表3 切斷閥的選型

5 結(jié) 語

加裝外冷工序切斷閥是外冷生產(chǎn)系統(tǒng)的一項重大技術(shù)改造和自動化優(yōu)化項目，也是聯(lián)堿自動化生產(chǎn)的重要組成部分和聯(lián)堿行業(yè)的發(fā)展方向。通過改造，大大降低了勞動者的工作強度，提高了工作效率，避免了在換車和清洗設(shè)備時手忙腳亂和誤停設(shè)備，保證了生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定的運行。該項目成功應(yīng)用對推動我國聯(lián)堿操作的自動化水平具有重要意義。

［1］ 厲玉鳴，孟華.化工儀表及自動化（V版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011

［2］ 陸培文.閥門制造工藝入門與精通［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010

［3］ 張志賢.閥門技術(shù)資料手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013