燒堿生產(chǎn)裝置自動控制改造

李凌云

(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(以下簡稱“三友氯堿”)立足本質(zhì)安全，針對燒堿生產(chǎn)中自動化水平不足的工藝部分，通過技術(shù)人員的多年持續(xù)努力付出，不斷完善工藝流程和儀表程序設(shè)計，開創(chuàng)了安全生產(chǎn)工作新局面。

1 電解裝置氯氣、氫氣總管壓力控制的改進

在離子膜法制燒堿工藝中，離子膜是電解系統(tǒng)的核心元素，流程中設(shè)計的所有儀表控制點和聯(lián)鎖保護設(shè)置的出發(fā)點都是為了保護離子膜不受損害。原有裝置為保證燒堿系統(tǒng)穩(wěn)定，在聯(lián)鎖保護項目上電解裝置氯氣、氫氣總管壓力只采用單一控制點作為系統(tǒng)聯(lián)鎖項，在儀表控制上同樣采用了單個閥門作為系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置的保護，儀表故障失真或斷線時極易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

為解決上述問題，三友氯堿提出對電解裝置氯氣、氫氣管道流程進行修改，增設(shè)儀表點和閥門控制，并修改聯(lián)鎖控制，保證離子膜和生產(chǎn)安全。修改聯(lián)鎖為：氯氣、氫氣管道上任意兩塊壓力表達到高高值，即聯(lián)鎖系統(tǒng)停車。改進后的工藝流程如圖1所示，聯(lián)鎖邏輯圖如圖2所示。

圖1 電解系統(tǒng)自動控制工藝流程示意圖Fig.1 Automatic control process flow of electrolysis system

圖2 氯氣、氫氣總管壓力控制邏輯圖Fig.2 Logic diagram of control of chlorine main pipepressure and hydrogen main pipe pressure

2 冷凝酸中間槽液體排放自動控制

原氯化氫合成裝置采用純手動操作，都是多臺設(shè)備并列運行，崗位人員進出現(xiàn)場頻繁。在長周期運行中，難免出現(xiàn)突發(fā)問題或人為操作事故，造成工藝指標(biāo)偏離，影響裝置安全穩(wěn)定運行(嚴(yán)重的氯化氫過氯事故會引發(fā)在氯乙烯合成的混合器處劇烈放熱爆炸)，因此，三友氯堿采用了多重措施提升氯化氫合成工序自動化控制程度，減少現(xiàn)場和主控人員操作頻次。

合成爐是氯化氫合成工序的關(guān)鍵設(shè)備，氯氣、氫氣在合成爐內(nèi)燃燒化合后經(jīng)合成爐本體冷卻段冷卻至一定溫度后送至下游工序制取氯乙烯或直接制備一定濃度的鹽酸。氯化氫溫度降低會產(chǎn)生一定量的冷凝酸，該冷凝酸排入中間槽后再排至酸罐。三友氯堿合成爐冷凝酸中間槽液位控制由主控人員打開(關(guān)閉)切斷閥調(diào)節(jié)，雖減輕現(xiàn)場人員的勞動強度，但增加主控人員的工作量。同時，由于冷凝酸罐排液管線受高度限制，無法在合成爐制酸等低壓力情況下排酸，還存在反向串酸的風(fēng)險。為提高裝置安全穩(wěn)定性，減少人為操作誤差，三友氯堿自主研發(fā)了冷凝酸中間槽液體排放程序。程序設(shè)置包括如下內(nèi)容。①設(shè)置手動/自動狀態(tài)轉(zhuǎn)換，設(shè)置液位高低限，高液位打開，低液位關(guān)閉，高低液位限制可調(diào)整，設(shè)置排酸按鈕。②設(shè)置壓力限制條件，壓力低于設(shè)定值，切斷閥不打開，壓力限制值可調(diào)整和解除限制。③當(dāng)液位達到高限時，彈出控制面板，控制面板上設(shè)置手動/自動控制選擇開關(guān)，顯示液位、閥門開關(guān)狀態(tài)。若為自動狀態(tài)，則閥門自行打開，液位降至一定值后，自動執(zhí)行閥門關(guān)閉程序；若為手動狀態(tài)，則閥門等待打開。④合成爐在滅爐狀態(tài)下液位不執(zhí)行自動控制，允許手動開關(guān)，合成爐滅爐狀態(tài)以氫氣、氯氣切斷閥同時關(guān)閉為判斷依據(jù)。

3 氯氫處理工序氫氣總管壓力的聯(lián)鎖控制

氫氣壓縮機是氯氫處理工序氫氣系統(tǒng)核心轉(zhuǎn)動設(shè)備。氫氣是易燃易爆氣體，氫氣在空氣中的爆炸極限為4.1%～74.2%，當(dāng)氫氣系統(tǒng)出現(xiàn)負壓，空氣進入氫氣系統(tǒng)，易造成安全事故，因此必須保證氫氣系統(tǒng)正壓。當(dāng)氫氣系統(tǒng)負壓時，為保證安全，必須及時停止氫氣壓縮機運行。

原有裝置為保證燒堿系統(tǒng)穩(wěn)定，氫氣總管壓力采用了單一控制點作為系統(tǒng)聯(lián)鎖項，儀表故障失真或斷線時極易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為解決上述問題，三友氯堿修改了原聯(lián)鎖保護程序，增設(shè)儀表聯(lián)鎖點，實現(xiàn)雙重儀表點聯(lián)鎖控制。修改聯(lián)鎖程序為：氫氣總管壓力表和氫氣壓縮機進口壓力表同時達到低低值，氫氣壓縮機停機，系統(tǒng)停車。改造后氫氣壓縮機聯(lián)鎖邏輯圖如圖3所示。

圖3 改造后氫氣壓縮機聯(lián)鎖邏輯圖Fig.3 Logic diagram of hydrogen compressor interlocking after transformation

4 次氯酸鈉生產(chǎn)管線上安裝電導(dǎo)率和游離氯監(jiān)測裝置

電解工序產(chǎn)生的等體積的氫氣和氯氣進入氯氫處理工序，經(jīng)過氯氫處理工序處理后的原料氫氣少部分放空，其余部分進入合成爐制備氯化氫氣體。在制備氯化氫過程中，因氫氣過量，使得電解產(chǎn)生的等體積的氯氣有一部分未被使用，為平衡此部分氯氣，該公司一部分氯氣進入液化機組制備液氯，另一部分氯氣用于制備次氯酸鈉。

為保證氯氣不外逸至大氣中，三友氯堿技術(shù)人員在次氯酸鈉生產(chǎn)管線上安裝電導(dǎo)率和游離氯監(jiān)測裝置，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)引至DCS，根據(jù)生產(chǎn)次氯酸鈉過程中電導(dǎo)率和ORP的變化范圍，總結(jié)規(guī)律，完善現(xiàn)有程序控制，減少裝置跑氯事故。設(shè)置內(nèi)容如下：①設(shè)置電導(dǎo)率低限值，ORP高限值，高低限值可調(diào)整和解除限制；②單套次氯酸鈉裝置采用2個堿液循環(huán)罐，設(shè)置電導(dǎo)率或ORP任意一個條件達到限制條件，執(zhí)行堿液循環(huán)罐切換操作；③堿液循環(huán)罐切換操作執(zhí)行200 min內(nèi)不允許再次切換，避免重復(fù)切換操作。

5 其他

為了保證燒堿系統(tǒng)停車安全，三友氯堿設(shè)置了多重保護措施，盡可能避免事故發(fā)生。尤其當(dāng)系統(tǒng)停車時，極易發(fā)生次生事故，為保證裝置的安全運行，原生產(chǎn)裝置設(shè)置了如下聯(lián)鎖：燒堿裝置系統(tǒng)停車時，聯(lián)鎖進合成爐的氫氣和氯氣切斷閥關(guān)閉，氯氣分配臺去廢氯氣系統(tǒng)閥門全開，氫氣分配臺壓力根據(jù)氯氣分配臺壓力串級調(diào)節(jié)。

在實際運行中，系統(tǒng)停車時氫氣分配臺壓力均為人工控制調(diào)節(jié)，氫氣分配臺壓力調(diào)節(jié)不及時，當(dāng)系統(tǒng)停車后，進氯氫工序氫氣切斷閥關(guān)閉過慢，會造成氫氣從分配臺反串回氫氣總管，使電解工序離子膜兩側(cè)大正壓，影響離子膜使用壽命。為避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，三友氯堿優(yōu)化了控制方案：當(dāng)系統(tǒng)停車后，發(fā)出脈沖信號，使氫氣分配臺放空自控閥設(shè)定壓力自動變?yōu)?.03 MPa，閥門打至自動，實現(xiàn)自動泄壓。

6 結(jié)語

三友氯堿對自動控制進行改造后，提升了生產(chǎn)裝置的安全系數(shù)，有效減少了人為操作失誤或設(shè)備突發(fā)故障引發(fā)的安全事故，增強了生產(chǎn)裝置的運行穩(wěn)定性。