臥螺式沉降離心機(jī)在焦化硫磺分離操作中的自動啟停控制

興連祺(中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116085)

0 引言

目前在焦化行業(yè)的煤氣凈化工藝中，焦化廠大量采用以HPF為催化劑的濕式氧化法脫硫生產(chǎn)硫磺的工藝[1]，隨著中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司對脫硫廢液焚燒制酸技術(shù)的開發(fā)成功以及山東鐵雄焦化脫硫廢液制酸項(xiàng)目的投產(chǎn)，以HPF為催化劑的焦?fàn)t煤氣濕法氧化法脫硫工藝搭配硫磺和脫硫廢液制酸工藝[2]的工藝組合在焦化煤氣凈化領(lǐng)域中得到了更加廣泛的應(yīng)用。制酸單元預(yù)處理工序的臥螺沉降式離心機(jī)對脫硫單元送來的硫泡沫進(jìn)行離心分離，生產(chǎn)出含水量合格的硫漿原料送去下游設(shè)備焚燒生產(chǎn)硫酸，作為離心分離工藝的核心設(shè)備，臥螺沉降離心機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工藝的連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，然而目前已投產(chǎn)的脫硫廢液制酸工程中，如鐵雄脫硫廢液制酸項(xiàng)目和山東金能脫硫廢液制酸項(xiàng)目，臥螺沉降離心機(jī)都采用人工操作，存在著勞動強(qiáng)度大，易發(fā)生誤操作等問題。本文結(jié)合臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝要求，設(shè)計(jì)了臥螺離心機(jī)的啟停自動控制方案，對現(xiàn)有項(xiàng)目改造和新項(xiàng)目設(shè)計(jì)提出了啟示。

1 臥螺沉降離心機(jī)在焦化硫磺分離工藝中的應(yīng)用

在焦化行業(yè)的煤氣凈化工藝流程中，臥螺沉降離心機(jī)通常用于煤氣濕式氧化法脫硫從脫硫塔再生的硫泡沫中提取硫磺，進(jìn)行焚燒制取硫酸或者熔硫生產(chǎn)單質(zhì)硫磺的工藝，在制酸的預(yù)處理工序和熔硫工藝中，是硫磺分離工藝的核心設(shè)備。臥螺沉降離心機(jī)可在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下連續(xù)對物料進(jìn)行離心分離和卸料，具有處理能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行連續(xù)、適用范圍廣、分離效率高、噪音小等特點(diǎn)。通常在硫泡沫離心分離工藝中，離心機(jī)進(jìn)料的硫泡沫中懸浮硫濃度介于30～80g/L，經(jīng)離心機(jī)沉降分離后固相硫膏中含水量小于50wt%，濾液中懸浮硫含量可低至1.0g/L，并且可以通過電機(jī)變頻調(diào)速或轉(zhuǎn)鼓與螺旋的差速調(diào)節(jié)對離心機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)以靈活適應(yīng)進(jìn)料條件的變化，保證固相和濾液的物料組成滿足后續(xù)工藝要求。此外臥螺沉降離心機(jī)的分離操作在密閉的殼體中進(jìn)行，系統(tǒng)隔絕大氣不與外界連通，利于集中收集分離過程中產(chǎn)生的氣體，防止脫硫液中的游離氨散逸到大氣中，現(xiàn)場操作環(huán)境良好，環(huán)保效果顯著。

2 臥螺沉降離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，臥螺沉降離心機(jī)主要由進(jìn)料管、轉(zhuǎn)鼓、螺旋、機(jī)殼、差速器等機(jī)械部件以及配套的電機(jī)，控制系統(tǒng)組成。

離心機(jī)開機(jī)后，轉(zhuǎn)鼓和螺旋以一定的速度差同向高速轉(zhuǎn)動，原料從進(jìn)料口送入螺旋內(nèi)的空腔，從螺旋上的布料器開孔甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)，在離心力的作用下原料的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成渣層(固環(huán)層)，液相密度較小，分布在渣層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運(yùn)動，使沉積于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相緩慢、連續(xù)地被螺旋推到轉(zhuǎn)鼓的小端，最終在固相出口排出；液環(huán)層的濾液在轉(zhuǎn)鼓大端從可調(diào)高度的堰板溢流口流出。

圖1 臥螺沉降離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 臥螺離心機(jī)的操作步驟

為了保證設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，用于焦化行業(yè)硫磺分離的臥螺沉降離心機(jī)對開、停機(jī)等操作的動作順序有著嚴(yán)格的要求，錯(cuò)誤的動作順序或誤操作會導(dǎo)致離心機(jī)故障，進(jìn)而使生產(chǎn)中斷甚至引發(fā)安全事故等嚴(yán)重后果。臥螺離心機(jī)在硫磺離心分離工藝中的一般的動作順序如下。

(1)開機(jī)順序：啟動主電機(jī)→啟動副電機(jī)→開啟沖洗水閥門→沖洗一定時(shí)間→關(guān)閉沖洗水閥門→開啟進(jìn)料閥門

(2)停機(jī)順序：關(guān)閉進(jìn)料閥門→等待轉(zhuǎn)鼓內(nèi)固相基本排空→開啟沖洗水閥門→沖洗一定時(shí)間→關(guān)閉沖洗水閥門→停止副電機(jī)→停止主電機(jī)→放空，封閉下料口。

(3)停機(jī)沖洗：由于原料硫泡沫的物料特性，臥螺離心機(jī)在工作一段時(shí)間以后，需要定期(通常7天左右)離線進(jìn)行清洗，以防止機(jī)殼堵料、結(jié)垢沉積等故障發(fā)生。

臥螺沉降離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原料硫泡沫的物理特性決定了用于焦化硫磺分離的離心機(jī)需要經(jīng)常切換備機(jī)進(jìn)行檢修和清洗，而目前離心機(jī)開、停機(jī)等一系列操作大多由工人在現(xiàn)場手動完成，其操作步驟繁多、勞動強(qiáng)度很大，對工人操作的規(guī)范性要求很高，容易發(fā)生誤操作。從以往實(shí)踐中我們了解到，由于未按照操作規(guī)程進(jìn)行開、停機(jī)操作和定期沖洗，臥螺離心機(jī)曾發(fā)生過下料管堵塞、硫膏大量涌入機(jī)殼和軸承導(dǎo)致電機(jī)過載燒損，以及離心機(jī)的動平衡被破壞，高速轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)鼓和螺旋帶動設(shè)備劇烈震動導(dǎo)致軸承損壞。由于硫泡沫離心分離是連續(xù)操作，離心機(jī)需要規(guī)律的進(jìn)行備機(jī)切換，工人需要經(jīng)常對離心機(jī)進(jìn)行開、停機(jī)和沖洗的操作，因此有必要對現(xiàn)行的人工開停機(jī)操作模式進(jìn)行改進(jìn)，利用自動控制程序，將復(fù)雜的操作步驟程序化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作的智能化、高效化，減少工人的勞動強(qiáng)度，保障設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4 開停機(jī)實(shí)現(xiàn)自動操作的工藝方案

針對目前臥螺離心機(jī)在焦化煤氣凈化脫硫工藝應(yīng)用中遇到的實(shí)際問題，我們提出了臥螺離心機(jī)開、停機(jī)操作的自動控制方案并首先在山西永鑫脫硫廢液制酸工程中投入使用，方案的原理圖如圖2。

圖2 臥螺沉降離心機(jī)一鍵式自動控制原理圖

此方案在硫泡沫進(jìn)料、沖洗水和在機(jī)殼沖洗管路上各設(shè)一個(gè)電磁閥，在離心機(jī)現(xiàn)場增設(shè)一個(gè)帶液晶顯示屏的操作盤，離心機(jī)的開、停機(jī)和在線沖洗可在現(xiàn)場操作盤、機(jī)柜間PLC柜和DCS終端三處操作，離心機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)可通過現(xiàn)場液晶屏幕顯示并進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過對PLC柜的編程規(guī)定離心機(jī)電機(jī)和電磁閥的動作順序，實(shí)現(xiàn)離心機(jī)開、停機(jī)和在線沖洗的一鍵式操作，動作順序如下：

(1)開機(jī)：在中控室或現(xiàn)場控制盤按下啟動鍵→主電機(jī)自動啟動→副電機(jī)自動啟動→電機(jī)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后自動開啟沖洗水電磁閥→沖洗一定時(shí)間(程序設(shè)定)→沖洗結(jié)束后自動關(guān)閉沖洗水電磁閥→自動開啟進(jìn)料電磁閥開始進(jìn)料

(2)停機(jī)：在中控室或現(xiàn)場控制盤按下停機(jī)鍵→自動切斷進(jìn)料電磁閥停止進(jìn)料→主、副電機(jī)自動降速至清洗轉(zhuǎn)速→自動開啟沖洗水電磁閥→沖洗一定時(shí)間(程序設(shè)定)→電機(jī)驅(qū)動離心機(jī)低速正反轉(zhuǎn)→清洗完成后離心機(jī)自動減速停機(jī)→自動關(guān)閉沖洗水電磁閥。

(3)自動沖洗：按下自動沖洗鍵→自動開啟機(jī)背沖洗水電磁閥→沖洗設(shè)定時(shí)長→自動關(guān)閉沖洗水電磁閥

本方案首先應(yīng)用于山西永鑫制酸項(xiàng)目的預(yù)處理工序的臥螺沉降離心機(jī)，取得了良好的效果：離心機(jī)的開、停機(jī)和機(jī)殼沖洗實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程和現(xiàn)場的一鍵式操作，提高了設(shè)備智能化控制水平，減少了現(xiàn)場操作，降低了操作工人的勞動強(qiáng)度，更重要的是大大降低了誤操作導(dǎo)致生產(chǎn)中斷和設(shè)備損壞的可能，保障的生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定和工人的人身安全。

5 結(jié)語

從臥螺沉降離心機(jī)的特點(diǎn)和焦化硫磺離心分離工藝操作的需求出發(fā)，針對離心機(jī)操作步驟繁瑣、勞動強(qiáng)度大、操作難度大的問題，提出了一種新的臥螺沉降離心機(jī)自動化操作方案，實(shí)現(xiàn)了臥螺沉降離心機(jī)的一鍵式啟停和沖洗，簡化了復(fù)雜的操作步驟，提高了設(shè)備的智能化水平，并在山西永鑫脫硫制酸項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好的效果，為今后焦化煤氣凈化脫硫領(lǐng)域臥螺沉降離心機(jī)的使用提供了更加智能、安全、可靠的方案。