提升干燥自控能力 氯氣系統(tǒng)提質(zhì)降耗

羅強(qiáng)

(宜賓海豐和銳有限公司，四川 宜賓 644002)

1 裝置背景

天原集團(tuán)海豐和銳有限公司(以下簡稱“海豐和銳”)現(xiàn)有2套離子膜裝置,其中I線于2007年7月投產(chǎn)，有8臺高電流密度電解槽；II線于2012年2月投運(yùn)，采用10臺藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司NBZ-2.7膜極距復(fù)極式電解槽。2套裝置都實現(xiàn)了長周期、安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。

氯氣含水量過高，不但影響到后續(xù)工段的使用，而且會腐蝕氯壓機(jī)及管道，影響其使用壽命，給正常生產(chǎn)造成影響。氯氣在濃硫酸中的溶解度很小。使用濃硫酸作為干燥劑，干燥效果高、吸水性強(qiáng)，能可靠穩(wěn)定保證在線氯中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.005%。

2 氯氣處理濃硫酸干燥自控提升

2.1 氯氣干燥濃硫酸濃度在線檢測

電解產(chǎn)生的氯氣要降溫減小飽和水蒸氣分壓，減少氯氣中的含水量。隨后氯氣進(jìn)入填料干燥塔底部，由下至上經(jīng)過填料層與塔頂噴淋下來的硫酸充分接觸，氯氣中的水分被硫酸充分吸收。硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至75%～76%時，用泵送至稀硫酸儲槽。

在該工段實現(xiàn)硫酸濃度在線監(jiān)控變化，否則硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至75%后，吸收水分的能力降低，不僅干燥效果差，而且腐蝕設(shè)備和管道。通過對現(xiàn)場工況進(jìn)行深度分析推敲，在硫酸泵出口設(shè)計在線濃度檢測旁通管路回至填料塔。

改造前氯氣干燥工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前氯氣干燥系統(tǒng)圖Fig.1 Process flow diagram of chlorine drying system before improvement

2.2 氯氣干燥濃硫酸濃度自控提升

本次改造采用InPro7250 PFA感應(yīng)式電導(dǎo)率傳感器配套M400 IND智能數(shù)字濃度儀，內(nèi)置實際濃度曲線H2SO4(32%～84%)，輸出模擬量接入DCS系統(tǒng)來實時監(jiān)控硫酸濃度變化。

通過在線硫酸濃度檢測即可實現(xiàn)在線濃度—加酸流量自動串級控制。在硫酸循環(huán)泵出口處安裝自控調(diào)節(jié)閥，以液位作為主對象，控制泡罩—填料塔底液位，塔底循環(huán)液濃度在線檢測控制泡罩—填料塔濃硫酸加入量，實現(xiàn)濃度、濃硫酸加入流量串級控制。硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至75.5%時，排酸調(diào)節(jié)閥將其送至稀硫酸儲槽，達(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的目的。

硫酸在線濃度安裝圖如圖2所示，檢測結(jié)果如圖3所示。

圖2 硫酸在線濃度安裝圖Fig.2 Installation diagram ofsulfuric acid concentration on-line analyzer

圖3 硫酸在線濃度曲線圖Fig.3 Curve of on-line detected sulfuric acid concentration

2.3 自控優(yōu)化提升的實施情況

海豐和銳的氯氣干燥采用兩段填料塔+填料泡罩組合塔方式工藝，濃硫酸從儲槽下方出來后，經(jīng)過濾器除去雜質(zhì)，由隔膜泵打出，經(jīng)板式換熱器降溫后進(jìn)入填料泡罩組合塔頂部，填料泡罩組合塔中的硫酸通過溢流管溢流至二段填料塔。二段填料塔中的硫酸用泵打出，經(jīng)過冷卻器后從塔頂噴淋下來，與至下而上的氯氣逆流接觸吸水。二段填料塔的硫酸通過溢流管溢流至一段填料塔,一段填料塔中的硫酸用泵打出后經(jīng)冷卻器降溫，從塔頂噴淋下來，與從冷卻段出來的濕氯氣逆流接觸，吸收其中的水分。當(dāng)硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至75%～76%時，通過自控閥打到廢酸儲槽存放并出售。

改造后氯氣干燥工藝流程如圖4所示。

圖4 改造后氯氣干燥流程圖Fig.4 Process flow diagram of chlorine drying system after improvement

氯氣干燥系統(tǒng)的濃度自動串級控制。這種控制方式同時兼顧濃硫酸加入量和排酸濃度控制，能有效快速控制新酸補(bǔ)充量，同時精準(zhǔn)控制排酸濃度，實現(xiàn)排酸濃度穩(wěn)定。

濃度串級控制方框圖如圖5所示。

圖5 濃度串級控制方框圖Fig.5 Block diagram of concentration cascade control

氯氣干燥系統(tǒng)第一填料干燥塔液位控制采用串級控制。液位波動時，這種控制方式能及時調(diào)整外排硫酸量，保證第一填料干燥塔液位穩(wěn)定。

填料塔液位控制方框圖如圖6所示。

圖6 填料塔液位控制方框圖Fig.6 Block diagram of control of packed tower level

采用液位邏輯比例控制，當(dāng)液位高于或低于工況設(shè)定偏差時，自動按照邏輯執(zhí)行補(bǔ)充酸閥開關(guān)控制。硫酸儲槽配置方框圖如圖7所示。

圖7 硫酸儲槽配置方框圖Fig.7 Block diagram of sulfuric acidstorage tank configuration

2.4 工藝自控要點

保證氯氣的進(jìn)口溫度、排酸濃度、填料塔液位等指標(biāo)在工藝指標(biāo)要求范圍內(nèi)，以確保氯氣干燥處理自控可靠穩(wěn)定[1]。①氯氣溫度經(jīng)冷卻器控制指標(biāo)12～13 ℃；②嚴(yán)格控制濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在75%～76%；③控制出塔氯氣溫度低于20 ℃。經(jīng)過不斷改進(jìn)自控技術(shù)和嚴(yán)格工藝控制，最終將硫酸酸耗控制在13.25 kg/t左右。

3 自控提升前后噸堿硫酸消耗情況

自控提升前，2019年8—12月的硫酸消耗統(tǒng)計依次為：15.30、14.96、15.01、15.11和14.89 kg/t，平均14.94 kg/t。

自控提升后，2020年1—5月的硫酸消耗統(tǒng)計依次為：13.51、13.03、13.11、13.23和13.30 kg/t，平均13.23 kg/t。

濃硫酸氯氣干燥自控邏輯效果圖如圖8所示。

圖8 濃硫酸氯氣干燥自控邏輯效果圖Fig.8 Logic effect diagram of automatic control of chlorine drying by concentrated sulfuric acid

4 結(jié)論

氯氣干燥系統(tǒng)通過裝置自控優(yōu)化后，對運(yùn)行工況數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行了長時間運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。此次自控優(yōu)化提升在設(shè)備管理、工藝管理、運(yùn)行操作、裝置經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行等多個方面得到了顯著提升，目前氯氣干燥裝置在保證氯中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.005%的前提下，噸堿濃硫酸消耗長期穩(wěn)定控制在13.23 kg/t左右。直接經(jīng)濟(jì)效益以燒堿產(chǎn)能42萬t/a、濃硫酸價格350元/t計，每年節(jié)約費(fèi)用25.137萬元。