氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制的優(yōu)化

文/張旭

氯化氫是現(xiàn)階段生活中廣泛應(yīng)用的一種工業(yè)材料，目前我國(guó)氯化氫產(chǎn)量較大，生產(chǎn)效率較高，但是很多氯堿公司氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制仍然存在問(wèn)題，致使生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在安全隱患，這在生產(chǎn)中會(huì)危害生產(chǎn)人員人身安全以及企業(yè)利益，所以對(duì)氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制的優(yōu)化研究具有鮮明顯示意義。

1 氯化氫工業(yè)生產(chǎn)流程

在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于氯化氫的制取主要應(yīng)用的是電解法，此種方法在應(yīng)用過(guò)程中，生產(chǎn)成本較低，并且生產(chǎn)周期較短，可以滿(mǎn)足大規(guī)模的氯化氫制取。電解法生產(chǎn)氯化氫工藝流程可以分為兩個(gè)步驟：第一個(gè)步，將飽和的食鹽水進(jìn)行電解，食鹽水在電解的作用下將會(huì)產(chǎn)生氫氧化鈉、氯氣和氫氣，具體的化學(xué)反應(yīng)情況可以通過(guò)以下方程式呈現(xiàn)：2NaCl+2H2O== 通 電==2NaOH+H2↑+Cl2↑。第二步，在得到氫氣和氯氣之后，將會(huì)讓二者進(jìn)入到石英制的燃燒嘴中，并點(diǎn)火燃燒，氫氣與氯氣在充分燃燒之后，生成氯化氫氣體，同時(shí)釋放出大量的熱。此種化學(xué)反應(yīng)可以通過(guò)以下反應(yīng)方程式實(shí)現(xiàn)：H2+Cl2=點(diǎn)燃=2HCl。生產(chǎn)過(guò)程中需要注意，因?yàn)槁葰馐且环N有毒氣體，所以在反應(yīng)過(guò)程中需要應(yīng)用過(guò)量氫氣進(jìn)行生產(chǎn)，以此保證氯氣充分反應(yīng)，防止氯氣對(duì)空氣污染。

2 原控制方案

為了使氯化氫的體積分?jǐn)?shù)維持在94%-96%，生產(chǎn)過(guò)程中就需要將氯氣和氫氣的摩爾比控制在1:1.05 和1:1.10 之間，在參考以往儀表數(shù)值基礎(chǔ)上，氯堿企業(yè)將會(huì)選用特定的調(diào)節(jié)閥以及流量計(jì)，氯氣的流量應(yīng)用自動(dòng)控制手閥進(jìn)行手動(dòng)控制，氫氣進(jìn)入流量由氫氣自動(dòng)控制閥控制，但是氫氣控制閥會(huì)根據(jù)氯氣流量變化不斷改變，應(yīng)用此種形式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣體進(jìn)入流量選擇，維持合成爐內(nèi)氯、氫二氣配比合理，確保氯化氫的生產(chǎn)純度。這種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)流量計(jì)發(fā)生偏移或者是自動(dòng)控制閥發(fā)生定位偏差，工作人員沒(méi)有辦法做出及時(shí)的調(diào)節(jié)，致使合成爐內(nèi)反應(yīng)物配比失調(diào)，不僅會(huì)降低氯化氫純度，還會(huì)產(chǎn)生安全隱患。

3 優(yōu)化控制方案

3.1 流量與閥門(mén)開(kāi)度

為了讓氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制更好的發(fā)揮作用，需要對(duì)生產(chǎn)中的流量和閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行分析，因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)二者數(shù)值的監(jiān)控，來(lái)下發(fā)報(bào)警和生產(chǎn)指令。對(duì)于二者正確運(yùn)行參數(shù)的收集，本文選取一臺(tái)市面上常見(jiàn)的合成爐進(jìn)行試驗(yàn)，其中合成爐為新采購(gòu)樣本，并且此合成爐設(shè)計(jì)符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為三個(gè)月。在三個(gè)月期間，試驗(yàn)人員對(duì)合成爐運(yùn)行數(shù)據(jù)、流量、閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行了準(zhǔn)確記錄，之后與原有計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)，在合理偏差范圍內(nèi)，選取了部分代表數(shù)據(jù)，可以繪制出流量和閥門(mén)開(kāi)度的函數(shù)曲線。通過(guò)對(duì)函數(shù)曲線的分析，可以得到實(shí)際氣體流量與計(jì)算氣體流量之間的變化關(guān)系，并將此中關(guān)系寫(xiě)入到DCS 程序中，為氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制提供數(shù)據(jù)支持，在合理的數(shù)據(jù)支撐下，原有控制系統(tǒng)對(duì)流量和閥門(mén)開(kāi)度的控制就可以更加準(zhǔn)確，促進(jìn)氯化氫生產(chǎn)更加規(guī)范，提升整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量。

3.2 報(bào)警設(shè)置

為了進(jìn)一步優(yōu)化氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，本次優(yōu)化在DCS 程序中加入了報(bào)警設(shè)置，報(bào)警設(shè)置的依據(jù)就是閥門(mén)開(kāi)度與流量曲線。首先在DCS 程序中設(shè)置報(bào)警數(shù)值,數(shù)據(jù)波動(dòng)規(guī)定為±2%。當(dāng)合成爐運(yùn)行數(shù)值不符合閥門(mén)開(kāi)度與流量函數(shù)方程，則立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。然后，工作人員接受到報(bào)警信息，立即將自動(dòng)控制轉(zhuǎn)化為手動(dòng)控制，讓閥門(mén)開(kāi)度與流量回歸正軌，繼續(xù)按照函數(shù)曲線運(yùn)行，同時(shí)檢查各個(gè)儀表數(shù)值，以此來(lái)判斷事故發(fā)生位置，糾正設(shè)備儀表偏差等問(wèn)題。及時(shí)的報(bào)警可以避免發(fā)生重大安全事故，提升氯化氫生產(chǎn)質(zhì)量，加強(qiáng)氯堿企業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 協(xié)同調(diào)量措施

氯化氫在燃燒之前需要進(jìn)行電解，但是電解環(huán)節(jié)往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)備、整流以及儀表等各種因素發(fā)生單槽跳車(chē)事故，并且嚴(yán)重情況下，還會(huì)發(fā)生多槽跳車(chē)事故，跳車(chē)事故發(fā)生之后，很難對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的氫氣和氯氣進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生壓力，內(nèi)部波動(dòng)將會(huì)直接影響氯化氫的產(chǎn)出純度，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展十分不利。為了維持合成爐內(nèi)壓力不變，傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要工作人員在短時(shí)間內(nèi)對(duì)各個(gè)合成爐進(jìn)行處理，但是此時(shí)操作將會(huì)十分復(fù)雜，工作需要連續(xù)點(diǎn)擊鼠標(biāo)，容易忙中出錯(cuò)，因此，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)引用了協(xié)同調(diào)量方法。

協(xié)同調(diào)量方法需要在DCS 程序中編寫(xiě)好協(xié)同調(diào)量程序，同時(shí)在程序中設(shè)置控制模塊，通過(guò)對(duì)幾個(gè)控制按鈕的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)合成爐的調(diào)量工作。此形式下的協(xié)同調(diào)量需要合成爐處于自動(dòng)控制狀態(tài)，這樣工作人員才能在發(fā)生緊急事故時(shí)，第一時(shí)間進(jìn)入到控制模塊中，本次根據(jù)合成爐負(fù)載變化情況，選定其中一個(gè)合成爐設(shè)置-4%、+4%、-1.5%、+1.5%（數(shù)值可調(diào)）四個(gè)按鈕，其余合成爐可根據(jù)氯氣閥門(mén)開(kāi)度設(shè)置相應(yīng)數(shù)值，同時(shí)被選定的合成爐將會(huì)根據(jù)串級(jí)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣目標(biāo)值。

4 結(jié)論

綜上所述，本文通過(guò)試驗(yàn)分析法，通過(guò)合理的應(yīng)用，流量與閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系值，對(duì)氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)行了優(yōu)化，在DCS 程序中，報(bào)警裝置可以個(gè)根據(jù)以上關(guān)系值，實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警，并且還可以實(shí)現(xiàn)，合成爐閥門(mén)開(kāi)度實(shí)時(shí)控制，極大程度便捷了生產(chǎn)，讓工作人員在發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)管控，保證了生產(chǎn)過(guò)程的安全。