氯化氫合成工序智能化控制技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

（新疆天業(yè)集團(tuán)天能化工有限公司，石河子市，832000） 王 飛 秦明月 李中華

天能化工有限公司45萬噸/年聚氯乙烯項(xiàng)目中，氯化氫合成工序原有工藝控制主要由人工進(jìn)行，由于氯化氫生產(chǎn)中送氣、改吸收操作時(shí)合成爐、氫氣總管、氯氣總管、氯化氫總管的壓力容易波動(dòng)，因此要求平穩(wěn)、安全、快捷完成送氣、改吸收操作。原有的手動(dòng)控制不能保證時(shí)長(zhǎng)4分鐘內(nèi)、爐壓波動(dòng)≤2kpa的操作要求，且人工操作耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，并且操作步驟多，人工操作影響大，易出現(xiàn)操作失誤造成系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題。針對(duì)以上問題，天能化工有限公司通過對(duì)操作過程進(jìn)行全面研究分析，成功開發(fā)出氯化氫合成工序智能化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)及異常生產(chǎn)的智能化控制，并形成一套關(guān)鍵參數(shù)控制、異常工況平穩(wěn)切換和精準(zhǔn)操作的控制系統(tǒng)。

1 氯化氫合成工藝流程介紹

來自氯氫處理崗位干燥后合格的氯氣、氫氣由緩沖罐上調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓；經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，氯氣經(jīng)安全閥、支管調(diào)節(jié)閥點(diǎn)火閥、切斷閥。氫氣經(jīng)安全閥、支管調(diào)節(jié)閥、點(diǎn)火閥、切斷閥、氫氣經(jīng)阻火器與氯氣按Cl2:H2=1:1.05～1.10（體積比）的配比經(jīng)燈頭進(jìn)入合成爐燃燒。合成的氯化氫氣體從合成爐的冷卻器底部導(dǎo)出，溫度在40℃以下，進(jìn)入氯化氫分配臺(tái)，送氯乙烯合成工序或去降膜吸收系統(tǒng)制成鹽酸或高純鹽酸。氯化氫氣體經(jīng)一級(jí)降膜吸收器吸收后的剩余氣體，進(jìn)入二級(jí)降膜吸收器再次吸收，不凝氣體由水流噴射器抽入酸循環(huán)罐分離放空或自行放空，成品酸從一級(jí)降膜吸收器底部導(dǎo)出進(jìn)入鹽酸貯罐待售。

圖1 氯化氫合成工藝流程圖

2 基于現(xiàn)有DCS系統(tǒng)安全聯(lián)鎖方案的設(shè)計(jì)

2.1 氫氣、氯氣緩沖罐（總管）壓力控制方案的設(shè)計(jì)

氯化氫合成生產(chǎn)中作為原料氣的氯氣與氫氣配比控制為1:1.05～1.10（體積比），氫氣壓力高于氯氣壓力，才能更好的控制氫氣過量保證氯氣氫氣反應(yīng)完全，氯化氫純度能得到有效保證。有效控制氫氣、氯氣緩沖罐（總管）壓力，穩(wěn)定氫氣、氯氣流量是安全生產(chǎn)的必要保證。在現(xiàn)有DCS系統(tǒng)中設(shè)置氫氣、氯氣總管壓差聯(lián)鎖，通過調(diào)節(jié)閥，超過設(shè)定參數(shù)值時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣放空，氯氣去液化。

2.2 運(yùn)行合成爐超壓方案的設(shè)計(jì)

合成爐是氯化氫生產(chǎn)中的主要設(shè)備，合成爐壓力過高將會(huì)直接影響設(shè)備長(zhǎng)周期的安全穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)置運(yùn)行合成爐超壓連鎖，當(dāng)合成爐內(nèi)壓力超過設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥組自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制爐壓小于設(shè)定值，同時(shí)調(diào)節(jié)原料氣進(jìn)氣量，完成操作后提示操作人員查找原因。

2.3 合成爐停車聯(lián)鎖系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)

合成爐運(yùn)行過程中可由操作人判定生產(chǎn)情況一鍵確認(rèn)停車，也可由程序設(shè)定參數(shù)值啟動(dòng)自動(dòng)停車程序。停車快速切斷合成爐原料氣，關(guān)閉產(chǎn)品氣去往下游工序的通道，將殘余產(chǎn)品氣及爐內(nèi)的混合氣體切換至吸收系統(tǒng)。該套智能化系統(tǒng)包括單臺(tái)合成爐停車和全系統(tǒng)（全部運(yùn)行合成爐）停車，可根據(jù)實(shí)際情況選擇一鍵聯(lián)鎖停車或者程序自動(dòng)判斷停車。

2.4 高壓熱水泵備泵聯(lián)鎖啟動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

輔料循環(huán)水系統(tǒng)的高壓熱水泵控制系統(tǒng)設(shè)置備泵啟動(dòng)連鎖：在高壓熱水泵運(yùn)行期間，程序（設(shè)定值）判斷運(yùn)行泵異常，備用泵連鎖自動(dòng)啟動(dòng)，泵出口調(diào)節(jié)閥根據(jù)生產(chǎn)所需設(shè)定值調(diào)節(jié)出口壓力、流量。DCS時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行狀態(tài)，電流高限，當(dāng)出現(xiàn)任何情況異常時(shí)給出操作指導(dǎo)信息，通知操作工進(jìn)行預(yù)案操作。

2.5 下游崗位異常聯(lián)鎖方案的設(shè)計(jì)

當(dāng)下游崗位出現(xiàn)異常情況，如發(fā)生泄漏（HCL總管壓力直線下降），混合器溫度升高（可能含游離氯），下游崗位異常連鎖自動(dòng)判定，提示報(bào)警后啟動(dòng)停止送氣，切換改吸收制酸，操作完成后提示操作人員查明原因。

2.6 合成爐安全輔助系統(tǒng)聯(lián)鎖方案的設(shè)計(jì)

增加火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置合成爐安全輔助系統(tǒng)連鎖，由計(jì)算機(jī)代替肉眼觀察、反饋、處理火焰顏色、亮度、形狀、頻率等要素。攝像機(jī)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氯化氫火焰圖像并上傳到PC端，由圖像處理軟件進(jìn)行圖像識(shí)別、對(duì)比分析，同時(shí)對(duì)過氫過氯等異?，F(xiàn)象進(jìn)行報(bào)警輸出，并將輸出數(shù)據(jù)傳給DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示確認(rèn)后緊急停車。配套自動(dòng)清洗合成爐視鏡，保持監(jiān)控畫面的清晰。（詳見圖2）

圖2 合成爐安全輔助系統(tǒng)流程圖

3 基于現(xiàn)有工藝進(jìn)行智能化改造

3.1 自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)爐氫氣、氯氣配比智能化控制技術(shù)的研發(fā)

在合成爐氯化氫出口增加氯化氫純度在線分析儀，化驗(yàn)室定期手動(dòng)做樣分析后與儀器所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)，氯化氫純度在線分析儀的檢測(cè)結(jié)果送入DCS，DCS將純度對(duì)比計(jì)算出反應(yīng)的體積比，進(jìn)而反算出所需原料氣的進(jìn)氣的流量設(shè)定值，修正氫氣和氯氣進(jìn)氣流量設(shè)定值，氫氣和氯氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)流量設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣和氯氣進(jìn)氣流量。能夠及時(shí)準(zhǔn)確自動(dòng)調(diào)節(jié)合成爐進(jìn)爐氫氣和氯氣配比。

3.2 送氣和改吸收工序智能化控制技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

在原有的合成氯化氫的生產(chǎn)中，送氣和改吸收操作是中控人員將自控閥改為手動(dòng)模式依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行閥門加減量操作，人工手動(dòng)操作送氣和改吸收過程中存在合成爐爐壓波動(dòng)大，手動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定性差和總管氯化氫壓力小于爐壓等安全問題，不利于提高勞動(dòng)成產(chǎn)率等不利的實(shí)際情況。

在現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)中研發(fā)出自動(dòng)送氣和改吸收控制方式。該套控制程序系統(tǒng)包括單臺(tái)合成爐一鍵式送氣、改吸收自動(dòng)程序和全系統(tǒng)一鍵式（全部運(yùn)行合成爐）送氣、改吸收自動(dòng)程序。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的基礎(chǔ)上增加判定條件及設(shè)定參數(shù)，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)DCS自動(dòng)判斷送氣和改吸收操作的智能化。（詳見圖3）

圖3 冷凝酸智能化控制流程圖

表1 智能化改造前手動(dòng)操作時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

表2 智能化改造后操作時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

圖4 高純酸送離子膜智能化控制流程圖

通過對(duì)送氣和改吸收工序進(jìn)行智能化改造，為氯化氫合成工序復(fù)雜繁瑣的操作縮短了時(shí)間，由表1、2可知，將原操作完成時(shí)間由7～8min縮短至4min以內(nèi)。（詳見圖4）

3.3 鹽酸外售系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)

圖5 鹽酸系統(tǒng)自動(dòng)化控制流程圖

鹽酸屬危險(xiǎn)化學(xué)品，具有強(qiáng)腐蝕性，現(xiàn)場(chǎng)操作鹽酸設(shè)備、閥門等人員危險(xiǎn)性高，自動(dòng)化操作代替了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，不僅安全、快速、穩(wěn)定且減少勞動(dòng)強(qiáng)度。通過DCS設(shè)置程序，設(shè)定參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)鹽酸系統(tǒng)中冷凝酸、高純酸、工業(yè)酸（外售）輸送的智能化控制。（詳見圖5）

4 結(jié)語

通過開發(fā)氯化氫合成工序智能化控制技術(shù)，氯化氫生產(chǎn)中單臺(tái)合成爐及整個(gè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)一鍵式（智能判定）自動(dòng)送氣、改吸收的DCS控制目標(biāo)，取代了原有安全性、穩(wěn)定性不高的多人手動(dòng)或半自動(dòng)的操作方法，滿足時(shí)長(zhǎng)4min內(nèi)且爐壓波動(dòng)≤2kpa的技術(shù)指標(biāo)要求；同時(shí)，合成爐安全輔助系統(tǒng)連鎖異常情況判斷、報(bào)警、停車均實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及控制，完全取代人工用眼觀察和判斷，確保生產(chǎn)過程各項(xiàng)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。此外，通過實(shí)際應(yīng)用后，氯化氫合成系統(tǒng)安全性全面提高，避免了異常的環(huán)保排放，提高了勞動(dòng)效率，優(yōu)化了操作，使企業(yè)向智能化工廠邁進(jìn)了一大步。