蒸汽合成爐關(guān)聯(lián)技術(shù)改造及事故防控

梁愛華，楊 威

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司目前擁有4套離子膜燒堿生產(chǎn)線：一線10萬t/a產(chǎn)能，二線20萬t/a產(chǎn)能，三線20萬t/a產(chǎn)能，四線24萬t/a產(chǎn)能。其中四線配套有6臺SL-1600型副產(chǎn)0.4 MPa蒸汽合成爐，1臺升級版新型0.6 MPa蒸汽合成爐。0.4 MPa蒸汽合成爐已投入使用近5年，新型蒸汽合成爐于2016年作為3萬t/a燒堿產(chǎn)能擴(kuò)建技改項(xiàng)目投入生產(chǎn)使用。新型蒸汽合成爐負(fù)荷承載能力高，其經(jīng)濟(jì)效益明顯，如何長周期穩(wěn)定運(yùn)行成為企業(yè)創(chuàng)造持續(xù)贏利的關(guān)鍵[1]。

該公司的技術(shù)改造設(shè)計(jì)主要基于工藝、操作、設(shè)備、儀表及自動(dòng)化等方面，而儀表及自動(dòng)化程序的先進(jìn)程度直接關(guān)乎職工的切身利益，也是避免諸多生產(chǎn)安全事故的直接途徑之一[2]。本文涉及的相關(guān)技術(shù)改造及案例是基于公司四線蒸汽合成爐系統(tǒng)。下面將從儀表、自動(dòng)化控制、工藝流程設(shè)計(jì)及部分典型案例予以說明。

1 工藝流程

外網(wǎng)純水及蒸汽冷凝液補(bǔ)入純水罐，經(jīng)純水泵加壓后進(jìn)入各蒸汽合成爐夾套，受熱后入閃發(fā)罐進(jìn)行蒸汽釋放，循環(huán)鍋爐熱水經(jīng)螺旋板換熱器降溫后回至純水罐再次副產(chǎn)蒸汽使用，副產(chǎn)蒸汽則進(jìn)入蒸汽分配臺并入蒸汽管網(wǎng)，或部分直接輸送至一次鹽水化鹽及鹽泥壓濾系統(tǒng)。

2 儀表相關(guān)設(shè)計(jì)

2.1 蒸汽閃發(fā)罐設(shè)置雙遠(yuǎn)傳液位計(jì)

設(shè)計(jì)背景：蒸汽閃發(fā)罐是合成爐副產(chǎn)蒸汽的關(guān)鍵設(shè)備，閃發(fā)罐的液位高低直接影響單臺爐的運(yùn)行工況；液位控制過高或過低，都會影響生產(chǎn)的安全、持續(xù)和穩(wěn)定。補(bǔ)水自動(dòng)閥與閃發(fā)罐的遠(yuǎn)傳液位形成自動(dòng)控制回路，為了安全生產(chǎn)，閃發(fā)罐液位計(jì)的液位控制已加入聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，其中液位≥95%（90 s）或液位≤10%（60 s）將會導(dǎo)致單臺爐聯(lián)鎖滅爐。

蒸汽閃發(fā)罐增加雙液位計(jì)對比設(shè)計(jì)見圖1。儀表程序設(shè)置：當(dāng)兩個(gè)遠(yuǎn)傳液位計(jì)出現(xiàn)5%偏差時(shí)，遠(yuǎn)傳報(bào)警提示操作人員注意檢查液位計(jì)的使用狀況，DCS可通過內(nèi)部程序選擇另外一個(gè)遠(yuǎn)傳液位計(jì)與補(bǔ)水自動(dòng)閥構(gòu)成自動(dòng)控制回路，避免某單液位計(jì)因故障維修期間補(bǔ)水自動(dòng)閥高頻次手動(dòng)調(diào)控，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和事故風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 蒸汽閃發(fā)罐設(shè)置雙遠(yuǎn)傳液位計(jì)

2.2 閃發(fā)罐遠(yuǎn)傳壓力的智能化識別

（1）設(shè)計(jì)背景。正常生產(chǎn)運(yùn)行中，閃發(fā)罐放空調(diào)節(jié)閥與罐體遠(yuǎn)傳壓力形成自動(dòng)控制回路，遠(yuǎn)傳壓力低于設(shè)定值，放空關(guān)；高于設(shè)定值，逐漸開。四線氯化氫合成工序常用的壓力變送器采用螺紋連接口形式，儀表元件受溫度的影響，故導(dǎo)壓管很長。冬季唐山本地氣溫達(dá)-20℃，導(dǎo)壓管極易上凍導(dǎo)致壓力數(shù)據(jù)失真，對安全生產(chǎn)造成威脅，如果加常規(guī)的蒸汽伴熱進(jìn)行防凍，導(dǎo)壓管無法承受局部蒸汽154℃的高溫。

（2）設(shè)計(jì)方法。通過統(tǒng)計(jì)蒸汽合成爐的蒸汽壓力與溫度運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)置符合蒸汽合成爐運(yùn)行的溫度（℃）-壓力（MPa）標(biāo)準(zhǔn)變化曲線，見圖2。根據(jù)特定狀況下的蒸汽溫度判斷蒸汽壓力的線性符合程度，從而判斷遠(yuǎn)傳壓力表的運(yùn)行狀況。

（3）案例。2017年1月19日，合成對4#蒸汽爐提壓過程中，發(fā)現(xiàn)該爐純水壓力和蒸汽溫度上漲，蒸汽放空閥門開度下降直至異常全關(guān)。由于純水壓力一直上漲，為了防止?fàn)t體蒸汽壓力過高，DCS手動(dòng)開啟四號爐放空，DCS參照蒸汽壓力與溫度的線性關(guān)系，初步判斷閃發(fā)罐遠(yuǎn)傳壓力上漲偏高，表出現(xiàn)異常，立即通知現(xiàn)場操作工查看。隨后現(xiàn)場操作工發(fā)現(xiàn)4#爐閃發(fā)罐遠(yuǎn)傳壓力表凍，并作消凍處理。期間閃發(fā)罐液位最高波動(dòng)至85.98%、最低波動(dòng)至20.26%，此液位高于95%延時(shí)90 s和低于10%延時(shí)60 s會聯(lián)鎖滅爐，手動(dòng)放空全開，所有壓力恢復(fù)正常。

圖2 副產(chǎn)蒸汽溫度與壓力對照曲線

DCS根據(jù)蒸汽壓力與溫度的線性關(guān)系曲線及時(shí)判斷閃發(fā)罐遠(yuǎn)傳壓力表的異常狀況，能夠及時(shí)處理保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，杜絕滅爐造成的生產(chǎn)波動(dòng)及安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 發(fā)揮監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的參照對比功能

（1）設(shè)計(jì)背景。合成爐運(yùn)行初期夾套內(nèi)水分不斷沸騰使得夾套內(nèi)實(shí)際的液相比例下降，受儀表安裝的高度影響，原始開車時(shí)規(guī)定液位靜壓水表PT-01為0.11 MPa，即壓差為0.11 MPa；隨著夾套內(nèi)溫度的升高壓差逐步下降，最終穩(wěn)定在0.07MPa（對應(yīng)0.4MPa副產(chǎn)蒸汽），期間發(fā)生的壓力及壓差異常等情況不能及時(shí)被操作工關(guān)注和發(fā)現(xiàn)，無法及時(shí)處理系統(tǒng)異常狀況。

（2）設(shè)計(jì)方法。針對上述特征設(shè)置內(nèi)部儀表間壓差報(bào)警程序，即純水壓力PT01-蒸汽壓力PT02（HH0.12、H0.1 L0.5 LL0.3）壓差報(bào)警，利用兩塊獨(dú)立的表進(jìn)行相互佐證。當(dāng)操作畫面出現(xiàn)HH報(bào)警，操作工及時(shí)排查是否出現(xiàn)閃蒸罐液位過低、蒸汽壓力偏低、純水壓力偏高、合成爐內(nèi)沸騰異常水相增多等現(xiàn)象，及時(shí)避免副產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)的生產(chǎn)波動(dòng)。

3 自動(dòng)化控制升級

四線氯化氫合成工序現(xiàn)有合成爐補(bǔ)水離心泵2臺（0.4 MPa）（見圖 3 中所示 P01/P02），流量為 35 m3、揚(yáng)程85 m，日常運(yùn)行開一備一。為防范純水泵跳停，影響爐體水系統(tǒng)供應(yīng)，設(shè)計(jì)運(yùn)行純水泵跳停、備用泵自啟的聯(lián)鎖控制程序。此程序DCS開車畫面設(shè)定聯(lián)鎖開關(guān)按鈕，可由技術(shù)人員進(jìn)行評估選擇性投入。聯(lián)鎖程序設(shè)置見表1。

案例：2016年12月25日，因外電網(wǎng)晃電，涉及的純水運(yùn)行泵P02泵跳停，P01處于熱備，旁路聯(lián)鎖開關(guān)處于投入狀態(tài)，各爐進(jìn)爐純水流量低報(bào)警；熱備泵自啟3 s后，K01切斷閥自動(dòng)全開，進(jìn)爐純水8 s左右恢復(fù)流量。未造成大幅度降量及系統(tǒng)停車事故。

圖3 離心水泵聯(lián)鎖改造簡圖

表1 備用泵自啟聯(lián)鎖程序

4 工藝流程優(yōu)化

4.1 蒸汽合成爐安全補(bǔ)水流程設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)背景。四線純水供應(yīng)來自集團(tuán)子公司，即三友熱電公司。純水主管網(wǎng)壓力為0.45~0.70 MPa。各工段裝置主要消耗純水用戶為電解精鹽水泵機(jī)封、成品燒堿泵機(jī)封、電解槽補(bǔ)水、中壓蒸汽合成爐補(bǔ)水等。圖3中的P01/P02泵將純水供至蒸汽爐進(jìn)行副產(chǎn)蒸汽，若出現(xiàn)純水?dāng)喙拐麄€(gè)燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)大幅度降量甚至停車。

（2）改造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)將進(jìn)界區(qū)外網(wǎng)純水主管與各純水泵出口管線聯(lián)通，增加高密封球閥以及止回閥設(shè)計(jì)。一旦出現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，可緊急切換主管聯(lián)通線，避免因純水供應(yīng)短缺造成系統(tǒng)停車事故。

（3）應(yīng)用案例。2017年4月開車初期因純水泵P01、02的軸承出現(xiàn)不同程度缺陷，導(dǎo)致蒸汽合成爐斷水。正常情況下該泵出口壓力控制為0.7 MPa；緊急聯(lián)系生產(chǎn)調(diào)度適度縮減其他工序純水用量，啟動(dòng)純水管網(wǎng)直接供應(yīng)蒸汽合成爐管線，將合成爐降低運(yùn)行壓力至0.3 MPa，足以保證生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，從而避免合成爐緊急滅爐造成燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)停車，降低經(jīng)濟(jì)及安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 蒸汽閃發(fā)罐設(shè)備排污流程設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)背景。合成爐副產(chǎn)蒸汽是由外網(wǎng)純水或蒸發(fā)工序的蒸汽冷凝液進(jìn)入純水罐，經(jīng)純水加壓泵送至合成爐二段夾套加熱后，傳至閃發(fā)罐，閃發(fā)罐內(nèi)熱水回流經(jīng)螺旋板換熱器降溫返至純水罐二次利用。因純水系統(tǒng)持久循環(huán)，閃發(fā)罐系統(tǒng)水質(zhì)氯根逐漸富集，破壞設(shè)備本體，閃發(fā)罐逐漸出現(xiàn)罐體腐蝕泄漏現(xiàn)象。

（2）改造設(shè)計(jì)。從閃發(fā)罐罐底放凈管線及閃發(fā)罐回水管增加排污管線，根據(jù)水質(zhì)分析變化結(jié)果，選擇定期或長期排放氯根濃縮水，氯根濃縮水將被回收至一次鹽水化鹽再利用。該設(shè)計(jì)及時(shí)有效地降低鍋爐閃發(fā)水系統(tǒng)的氯根濃度，減少設(shè)備腐蝕，保證鍋爐體系設(shè)備運(yùn)行狀況。此外，設(shè)備材質(zhì)升級的雙重措施是避免閃發(fā)罐罐體腐蝕泄漏的重要保障，對此，將四線閃發(fā)罐罐體的304材質(zhì)升級更換為Q345R碳鋼材質(zhì)，以增強(qiáng)設(shè)備防腐蝕能力。

（3）應(yīng)用案例。2017年3月下旬，四線合成閃發(fā)罐1#、2#、3#出現(xiàn)罐體泄漏現(xiàn)象，經(jīng)檢測，事故閃發(fā)罐均為304材質(zhì)，檢測閃發(fā)水質(zhì)氯根高達(dá)177 mg/L，罐體沙眼處泄漏熱水及蒸汽，對現(xiàn)場環(huán)境及安全生產(chǎn)非常不利。歷經(jīng)五六月合成爐單體改造增加閃蒸罐排污管線后，定時(shí)排放氯根濃縮液，并將新購置的閃蒸罐設(shè)備材質(zhì)升級為Q345R。目前，結(jié)合質(zhì)監(jiān)部門檢測，鍋爐水質(zhì)氯根已經(jīng)降至20 mg/L以下，閃蒸罐體設(shè)備運(yùn)行狀況良好。

5 結(jié)語

通過從儀表、自動(dòng)化控制、工藝流程設(shè)計(jì)方面解決了目前蒸汽合成爐運(yùn)行出現(xiàn)的實(shí)際問題，運(yùn)行工況得到較大改善，同時(shí)有效規(guī)避了部分生產(chǎn)安全事故。蒸汽合成爐是燒堿行業(yè)的重大風(fēng)險(xiǎn)防控點(diǎn)之一，也是生產(chǎn)安全事故的頻發(fā)區(qū)，如何更好地管控和經(jīng)營，直接影響氯堿行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。隨著氯化氫合成自動(dòng)化程度的不斷提升，在現(xiàn)有自動(dòng)化儀表及流程上的優(yōu)化更待深入挖掘。

［1］李占福．氯化氫石墨副產(chǎn)蒸汽合成爐的應(yīng)用與出現(xiàn)的問題．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（29）：86－86．

［2］楊 威．氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制的優(yōu)化．氯堿工業(yè)，2016，52（2）：44－45．