鹽酸生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的優(yōu)化

王亞明,王智遠(yuǎn)，黃學(xué)文

(1.萬(wàn)華化學(xué)(寧波)氯堿有限公司，浙江 寧波 315812；2.寧波美諾華藥業(yè)股份有限公司，浙江 寧波 315040)

1 生產(chǎn)工藝

液化尾氯經(jīng)緩沖罐及穩(wěn)壓閥穩(wěn)定壓力在0.11 MPa，洗滌后的氫氣經(jīng)緩沖罐和氣液分離器，經(jīng)流量計(jì)在線檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入合成爐進(jìn)行燃燒反應(yīng)，合成氯化氫。氫氣與氯氣流量分別自動(dòng)檢測(cè),并在線顯示比例，自動(dòng)(人工)跟蹤調(diào)節(jié)，確保氯氫配比1∶(1.3～1.5)。合成的氯化氫氣體在爐體中經(jīng)冷卻、吸收后生成合格鹽酸；尾氣進(jìn)入堿洗塔被堿液循環(huán)吸收后，達(dá)標(biāo)排放。

吸收劑為純水，吸收氯化氫產(chǎn)出31.0%和36%的鹽酸。

合成爐開車采用引風(fēng)機(jī)抽真空、自動(dòng)點(diǎn)火工藝，鹽酸合成爐設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)程序及DCS遠(yuǎn)程緊急停車程序，保障裝置安全運(yùn)行。

2 原裝置存在的問(wèn)題

自動(dòng)化改造前鹽酸合成爐開停車及生產(chǎn)運(yùn)行期間存在的問(wèn)題如下。

2.1 出酸濃度波動(dòng)大

合成爐自投用以來(lái)生產(chǎn)能力可達(dá)到最大負(fù)荷，但是在開停車以及升降負(fù)荷過(guò)程中，由于操作較頻繁，關(guān)注參數(shù)較多，鹽酸合成爐出酸濃度波動(dòng)大，易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。影響鹽酸濃度的因素有吸收水流量、溫度變化、氯氣(氫氣)流量和濃度等。造成鹽酸濃度波動(dòng)的主要原因是：①手動(dòng)調(diào)節(jié)吸收水量，人工憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性差;②升降負(fù)荷時(shí)，須與氯氣、氫氣流量的調(diào)節(jié)人員配合操作，調(diào)節(jié)難度大;③由于吸收水在尾氣吸收塔中吸收氯化氫氣體后形成稀酸，再進(jìn)入爐體吸收段進(jìn)行吸收，最終形成合格鹽酸，調(diào)節(jié)吸收水時(shí)，鹽酸濃度變化存在滯后性，需要操作人員具有預(yù)判性，難度較大。

2.2 氯氫配比控制不當(dāng)易導(dǎo)致過(guò)氫或過(guò)氯

萬(wàn)華寧波氯堿鹽酸合成爐工藝要求氯氫配比控制在1∶(1.3～1.5)。配比控制過(guò)高，易導(dǎo)致氫氣過(guò)量放空，造成浪費(fèi)；配比控制過(guò)低，易導(dǎo)致過(guò)氯，造成產(chǎn)品不合格。在升降負(fù)荷期間及氯氫總管流量發(fā)生變化時(shí)，極易導(dǎo)致配比失調(diào)。

2.3 開停車操作量大

開停車過(guò)程須控制氯氣、氫氣、吸收水流量，且進(jìn)行正負(fù)壓放空切換等操作。

術(shù)后共隨訪6個(gè)月，術(shù)前及術(shù)后7天檢測(cè)血清炎性因子：IL-6、IL-8的表達(dá)水平；術(shù)后第3個(gè)月時(shí)評(píng)估兩組患兒臨床療效，觀察患兒聽力水平（各頻率聽閾），統(tǒng)計(jì)兩組術(shù)后感染等并發(fā)癥發(fā)生情況；術(shù)后隨訪第6個(gè)月時(shí)統(tǒng)計(jì)兩組患兒復(fù)發(fā)率。

在智能化改造前，合成爐停車后，須進(jìn)行以下操作：立即將合成爐成品排出切換至不合格品鹽酸槽，對(duì)尾氣放空進(jìn)行切換，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)抽真空，調(diào)節(jié)吸收水量，還要對(duì)管線沖洗15 min后再關(guān)閉。操作項(xiàng)目多，操作步驟容易遺忘，若未及時(shí)進(jìn)行這一系列操作，則有可能導(dǎo)致不合格酸污染成品酸(曾出現(xiàn)過(guò)類似質(zhì)量事故)，或者不合格酸產(chǎn)量過(guò)大等工藝損失，甚至合成爐內(nèi)進(jìn)入空氣(合成爐未及時(shí)抽真空)，與氫氣形成混合型爆炸氣體，存在安全隱患。

3 改造方案

3.1 先進(jìn)過(guò)程控制(APC)

通過(guò)讀取氯氣、氫氣、吸收水的流量，設(shè)定酸濃度、氯氫配比、氯氣流量值，增加控制上下限，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。APC系統(tǒng)控制介面如圖1所示。

圖1 APC系統(tǒng)控制介面Fig.1 Control interface of APC system

3.1.1 鹽酸濃度控制

根據(jù)鹽酸濃度目標(biāo)值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8%/36.8%)，設(shè)置酸濃度控制上下限，自動(dòng)控制吸收水量，從而實(shí)現(xiàn)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制偏差范圍在±0.2%。

3.1.2 氯氫流量配比控制

設(shè)定氫氯流量配比目標(biāo)值(1.5)，及配比控制上下限，根據(jù)氯氣流量自動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣流量，從而避免氯氣過(guò)量導(dǎo)致的鹽酸過(guò)氯或氫氣過(guò)量導(dǎo)致氫氣放空造成浪費(fèi)的問(wèn)題。

3.1.3 負(fù)荷調(diào)整自動(dòng)控制

由內(nèi)操更改合成爐氯氣目標(biāo)值在合成爐最高和最低負(fù)荷控制范圍內(nèi)，操縱變量氫氣流量及吸收水流量自動(dòng)根據(jù)氯氣流量進(jìn)行變化，按照一定速率進(jìn)行調(diào)整，將酸濃度和氯氫配比控制在要求范圍。

3.2 開停車順序控制

制定開停車過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟，識(shí)別開停車期間的風(fēng)險(xiǎn)，將操作步驟編制成順序控制邏輯，建立一鍵開車及停車順序控制模塊，增加到DCS中，從而減少操作量，提高本質(zhì)安全，避免安全環(huán)保事故及合成爐損壞事故的發(fā)生。

3.2.1 一鍵開車順序控制

一鍵開車順序控制具備以下功能：開車條件自動(dòng)判定，自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷，蒸汽并網(wǎng)，合成爐尾氣正負(fù)壓放空自動(dòng)切換等。

3.2.2 停車順序控制

合成爐停車順序控制邏輯如圖2所示。

圖2 氯化氫合成爐停車順序控制邏輯圖Fig.2 Sequence control logical diagram of hydrogen chloride synthetic furnace shutdown

(1)合成爐出酸自動(dòng)切換。

合成爐正常運(yùn)行時(shí)，出酸去成品酸槽切斷閥ZV_7A212A打開，去不合格酸切斷閥ZV_7A211A關(guān)閉；當(dāng)合成爐停車時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到氯氣切斷閥ZV_7A104A、氫氣切斷閥ZV_7A102A關(guān)閉，兩個(gè)火焰檢測(cè)器BT_7A101A、BT_7A102A同時(shí)熄滅，就自動(dòng)將鹽酸去不合格酸槽的切斷閥ZV_7A211A打開，去成品酸槽的切斷閥ZV_7A212A關(guān)閉，避免停車過(guò)程中產(chǎn)生的不合格酸進(jìn)入成品酸罐。

(2)合成爐尾氣放空正負(fù)壓切換。

合成爐停車時(shí)，自動(dòng)將合成爐負(fù)壓放空閥ZV_7A107A打開，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)C_7A101A，風(fēng)機(jī)變頻SIC_C7A101A由30%開至70%；正壓放空閥ZV_7A106A關(guān)閉。

(3)合成爐吸收水流量自動(dòng)控制。

合成爐停車時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到吸收水流量計(jì)調(diào)節(jié)閥FIC_7A103A OR FIC_7A106A開度設(shè)定值≥1%，而實(shí)際開度≥0.5%，這時(shí)，將吸收水量設(shè)定為1 m3/h，持續(xù)900 s后，關(guān)閉吸收水。

4 改造結(jié)果

(1)操作量大大減少。合成爐平均每100 m3/h負(fù)荷調(diào)整，內(nèi)操須操作30次，APC系統(tǒng)投用后，僅操作1次；合成爐開停車平均操作數(shù)285次，順控程序投用后，僅操作1次。

(2)成品酸合格率由96%提高至99%；改造前開停車不合格酸產(chǎn)量平均每次約10 t，現(xiàn)降低至4 t以下，不合格鹽酸的量大大降低。

(3)沒(méi)有發(fā)生因過(guò)氯引起的質(zhì)量問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

鹽酸合成過(guò)程APC技術(shù)投用以及開停車控制系統(tǒng)升級(jí)改造后，提高了鹽酸合成爐運(yùn)行的安全系數(shù)，減少了停車時(shí)引起的低質(zhì)量鹽酸量，降低了人員操作量，表現(xiàn)出較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新能力，達(dá)到了系統(tǒng)升級(jí)改造的目的，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為建立智能工廠奠定了良好的基礎(chǔ)。