氯化氫石墨合成爐自控及聯(lián)鎖要求

劉仍禮，夏 斌

（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226541）

氯化氫石墨合成爐自控及聯(lián)鎖要求

劉仍禮，夏 斌

（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226541）

介紹了二合一氯化氫石墨合成爐的工藝特點(diǎn)、自控及聯(lián)鎖要求，可以實(shí)現(xiàn)DCS集中控制，自動(dòng)點(diǎn)火、現(xiàn)場(chǎng)無人值守，并針對(duì)性地提出了氯化氫石墨合成爐的自控及聯(lián)鎖的要點(diǎn)。

石墨；氯化氫；合成爐；自控

生產(chǎn)鹽酸及聚氯乙烯的原料氯氣、氫氣的制取均采用合成法。干燥的氯氣經(jīng)穩(wěn)壓閥穩(wěn)定壓力在設(shè)定值進(jìn)入氯氣緩沖罐，干燥的氫氣經(jīng)穩(wěn)壓閥穩(wěn)定在設(shè)定值進(jìn)入氫氣緩沖罐，氫氣與氯氣以設(shè)定好的比例值進(jìn)入合成爐進(jìn)行燃燒反應(yīng)，合成氯化氫。合成的氯化氫氣體經(jīng)三段循環(huán)水冷卻，高溫段經(jīng)熱鍋爐水冷卻，最后溫度降到45℃以下。氫氣與氯氣流量分別自動(dòng)檢測(cè)并由比例調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，確保氯氫配比，合成氯化氫。

多年來，中國合成氯化氫裝置一直采用鋼制水夾套合成爐、鋼制空氣冷卻管和石墨冷卻器，雖然該合成爐制造加工方便，傳熱效率高且成本低，但由于操作不當(dāng)?shù)纫蛩兀铣蔂t局部常發(fā)生高溫腐蝕或低溫氫去極化腐蝕[1]。所以，開發(fā)出新型的氯化氫合成爐工藝并研究其自控及聯(lián)鎖要求是目前急需解決的問題。

1 氯化氫石墨合成爐工藝簡(jiǎn)介

該氯化氫石墨合成爐工藝特點(diǎn)是：操作在負(fù)壓下進(jìn)行，合成冷卻及吸收都在爐內(nèi)完成。由氫氣處理工序來的氫氣經(jīng)氫氣穩(wěn)壓閥、氫氣緩沖罐穩(wěn)定壓力再經(jīng)孔板流量計(jì)計(jì)量自動(dòng)閥控制后，與由氯氣處理工序來的經(jīng)氯氣穩(wěn)壓閥、氯氣緩沖罐穩(wěn)定壓力再經(jīng)孔板流量計(jì)計(jì)量自動(dòng)閥控制的氯氣以1.05∶1的摩爾比，進(jìn)入氯化氫合成爐，在燈頭上燃燒，生成的HCl氣體從石墨合成爐頂部經(jīng)冷卻器冷卻至常溫后送VCM等工序使用，開、停爐及停用HCl時(shí)，氯化氫去吸收系統(tǒng)制成鹽酸，成品酸從吸收塔底部出來進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)槽。

（1）氯化氫石墨合成爐，爐體與石墨換熱塊之間采用新型密封材料，密封力利用膨脹節(jié)、壓力補(bǔ)償?shù)妊b置消除溫度變化時(shí)的應(yīng)力；（2）爐體合成段分多段冷卻：有石墨接口部分采用循環(huán)水或循環(huán)純水冷卻，解決了密封墊熱膨脹易泄漏問題；（3）合成爐高溫區(qū)采用鍋爐給水冷卻副產(chǎn)蒸汽，因水質(zhì)較好，石墨表面不易結(jié)垢，既增加了效益，又延長了石墨設(shè)備的使用壽命；（4）主體石墨部分嚴(yán)格按A4類非金屬壓力容器設(shè)計(jì)制造，高溫高壓夾套外殼按A類金屬壓力容器設(shè)計(jì)制造，設(shè)備在公司內(nèi)組裝、試壓。

2 自控及聯(lián)鎖要求

不論采用何種方式制取氯化氫，大部分都采用手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)氯氣和氫氣比例[2]。二合一石墨合成爐系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽，實(shí)現(xiàn)DCS集中控制，自動(dòng)點(diǎn)火、現(xiàn)場(chǎng)無人值守。

2.1 控制回路說明

控制方案充分考慮了HCl合成爐生產(chǎn)特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況方便靈活地進(jìn)行手、自動(dòng)切換，主要包括以下部分。

（1）氯氣、氫氣的穩(wěn)壓全自動(dòng)控制系統(tǒng)

平衡離子膜來氯氣、氫氣及分配，保證進(jìn)合成爐氯氫壓力穩(wěn)定，避免進(jìn)合成爐氯氫流量波動(dòng)。

（2）氯氣和氫氣的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

控制可以從Cl2、H2單回路PID控制無擾動(dòng)切換到Cl2、H2比值（FFIC）控制。自動(dòng)實(shí)現(xiàn)Cl2流量跟蹤調(diào)節(jié)，避免H2流量及壓力波動(dòng)而產(chǎn)生游離氯。

（3）吸收水自動(dòng)控制系統(tǒng)

直觀地用稀酸溫度來控制吸收水流量，達(dá)到控制鹽酸濃度的目的，避免尾氣塔溫度過高。

（4）合成爐自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火啟動(dòng)為完全獨(dú)立的單元系統(tǒng)，包括低壓高能點(diǎn)火裝置、氫氣控制裝置、空氣控制裝置及保護(hù)裝置，當(dāng)點(diǎn)火成功后發(fā)訊給DCS，由DCS控制氫氣量的不斷加強(qiáng)，點(diǎn)燃大火。

點(diǎn)火未成功時(shí)，同樣發(fā)訊給DCS，由DCS再次作開車前的準(zhǔn)備。點(diǎn)小火不成功的概率在1%以下。

點(diǎn)火系統(tǒng)需耐腐蝕、耐高溫特殊材料設(shè)計(jì)，具有相對(duì)高的使用壽命。采用紫外、等離子、等傳導(dǎo)特有的3項(xiàng)復(fù)合技術(shù)手段來保證檢測(cè)小火的有效性，給安全點(diǎn)燃大火提供強(qiáng)有力的保證。

2.2 自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

該裝置應(yīng)設(shè)有：氫氣壓力低、氯氣壓力低、冷卻水流量低、汽包壓力、汽包液位、氫氣流量與氯氣流量比值聯(lián)鎖、在線火焰聯(lián)鎖保護(hù)等在線檢測(cè)保護(hù)，當(dāng)聯(lián)鎖條件滿足時(shí)，立即執(zhí)行停車保護(hù)程序，進(jìn)行自動(dòng)充氮?dú)獗Ｗo(hù)。

為裝置的環(huán)保和安全以及保護(hù)設(shè)備考慮所必須的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，主要包括以下方面。

（1）緊急停車及意外聯(lián)鎖

可以在發(fā)生意外停車時(shí)緊急啟動(dòng)聯(lián)鎖，可以根據(jù)具體聯(lián)鎖信號(hào)使合成爐聯(lián)鎖停車或轉(zhuǎn)換成制酸工藝。

（2）火焰熄滅聯(lián)鎖

通過火焰探測(cè)器對(duì)單臺(tái)合成爐火焰全程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)火焰不正常時(shí)及時(shí)報(bào)警甚至緊急停車。

（3）循環(huán)水流量聯(lián)鎖

保證循環(huán)水的壓力流量正常供應(yīng)，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)給予及時(shí)的處理。

（4）氮?dú)鈮毫β?lián)鎖

保證氮?dú)鈮毫Σ徽r(shí)禁止點(diǎn)爐。

（5）儀表空氣及壓力聯(lián)鎖

通過對(duì)空氣壓力全程監(jiān)控，在儀表空氣壓力不正常時(shí)及時(shí)報(bào)警，甚至緊急停車。

（6）氯氣、氫氣及氮?dú)忾y門的安全狀態(tài)聯(lián)鎖

通過對(duì)閥的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)報(bào)警及禁止點(diǎn)爐。

（7）合成爐頂壓力聯(lián)鎖

通過對(duì)合成爐HCl出口壓力進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)壓力不正常時(shí)及時(shí)報(bào)警，甚至啟動(dòng)緊急聯(lián)鎖停車，或者作相應(yīng)的緊急處理。

（8）合成爐頂溫度聯(lián)鎖

通過對(duì)合成爐HCl出口溫度進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)溫度不正常及時(shí)報(bào)警甚至緊急聯(lián)鎖停車。

3 結(jié)語

自控及聯(lián)鎖裝置與傳統(tǒng)的人工控制方法相比，其控制功能盡可能集中。通過優(yōu)化工藝路線，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了減小滯后，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與合成爐的距離應(yīng)盡可能的小。數(shù)據(jù)信號(hào)可接入DCS實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。目前，氯化氫石墨合成爐的自控及聯(lián)鎖已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氯化氫的系統(tǒng)裝置中。

［1］熊潔雨，王國軍，馬海燕，等.二合一氯化氫石墨合成爐系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)置.現(xiàn)代化工，2006（26），57.

［2］催昭梁，張建華.氯化氫合成自控運(yùn)行的探討.儀表與自動(dòng)化，2005（8），32.

Automatic control and interlocking requirements of hydrogen chloride graphite synthetic furnace

LIU Reng-li，XIA Bin

（Nantong Xingqiu Graphite Equipment Co.,Ltd.,Nantong 226541，China）

This paper introduces the technology features of two in one hydrogen chloride graphite synthetic furnace,automatic control and interlock requirements,DCS can achieve centralized control,automatic ignition,unattended,and put forward the control and interlock requirements of graphitic synthetic furnace of hydrogen chloride.

graphite；hydrogen chlorine；synthetic furnace；automatic control

TQ124.4+2

B

1009-1785(2017)10-0034-02

2017-03-14