氯化氫合成爐自動點火的實現(xiàn)

黃潤滋，謝仲陽，農(nóng)春玲

(廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600)

傳統(tǒng)合成爐點火方式是點燃點火棒后，把點火棒伸入合成爐內(nèi)，將火焰放在石英燈頭上。點火棒放置位置要合適，此時需要從合成爐爐門處觀察火焰燃燒情況和所處位置。若爐內(nèi)有少量的氯氣，會發(fā)生反應，點火瞬間將大量往外噴火，嚴重時會爆炸；由于進爐氫氣管內(nèi)有空氣存在，在通入氫氣時，若氫氣和空氣混合比例不當，會生產(chǎn)爆炸，造成人員傷亡、設(shè)備損壞。

廣西柳化氯堿有限公司(以下簡稱“柳化氯堿”)氯化氫合成爐采用傳統(tǒng)人工手動方式點火，存在重大安全隱患，必須進行升級改造，以保證人身、生產(chǎn)安全。

利用DCS實現(xiàn)合成爐自動點火，操作人員只要按下點火按鈕鍵，系統(tǒng)就會自動發(fā)出指令完成一系列自動化點火過程，操作非常便捷。

1 控制系統(tǒng)

自動點火由PLC點火系統(tǒng)完成。PLC點火系統(tǒng)由PLC控制柜、現(xiàn)場點火與氣控柜、高壓變壓器、點火槍、火焰檢測器、多級火焰調(diào)節(jié)等組成。將該PLC自動點火系統(tǒng)引入氯化氫生產(chǎn)控制系統(tǒng)DCS，點火操作和控制在DCS控制室完成。DCS可控制點火，也可通過PLC柜操作面板就地模式控制實現(xiàn)現(xiàn)場氯化氫合成爐點火。

2 自動點火及停車聯(lián)鎖

在DCS上可顯示點火狀態(tài)與進程，圖1中自動點火控制界面的整個DCS組態(tài)包括3部分：點火條件準備，點火過程，停車聯(lián)鎖。

2.1 點火前準備工作

點爐前，全面檢查設(shè)備、儀表、管道、閥門、壓力是否處于正常狀態(tài)，由分析人員取樣分析爐內(nèi)的混合氣體含氫≤0.4%時合格，且滿足工藝條件。

2.2 DCS點火過程

(1)主控打開DCS上的自動點火操作畫面，將“就地/遠程S-00”按鈕切換至“遠程”。確認HV-5459(氫氣切斷閥)和HV-5458(氯氣切斷閥)關(guān)閉后，打開XV-5454(尾氣放空開關(guān)閥)和FSL-5450(循環(huán)水流量開關(guān)閥)，關(guān)閉XV-5450(爐門開關(guān)閥)，條件滿足后“允許吹掃”燈常亮。

(2)氮氣吹掃。主控設(shè)定氮氣吹掃時間為180 s，關(guān)閉XV-5454(尾氣放空閥)，按“吹掃”按鈕進行氮氣吹掃，完成吹掃后“吹掃完成”燈常亮。

(3)空氣補充。設(shè)定空氣補充時間為600 s，按“空氣補充”按鈕，則PLC啟動程序自動打開XV-5450(爐門開關(guān)閥)和關(guān)閉XV-5454(尾氣放空閥)向合成爐補充空氣，直到“空氣補充完成”燈常亮，此時，主控人員通知分析人員進行爐內(nèi)含氫分析(取樣時須停下水流泵，負壓恢復為常壓后取樣)。

圖1 自動點火控制界面圖

(4)爐內(nèi)含氫分析合格(體積分數(shù)≤0.4%)，合成爐具備點爐條件后，主控人員即按“點火允許”按鈕，當“點火允許L-31”燈常亮后可進行點爐操作。按“總停S-34”按鈕復位，然后按“吹掃點火S-31”按鈕進行空氣吹掃，吹掃時間約10 s；點火槍吹掃時“點火狀態(tài)L-32”燈閃爍；吹掃完成后“點火狀態(tài)L-32”燈常亮，啟動內(nèi)置定時器，到時點火。在此過程中“點火狀態(tài)L-32”燈由常亮再次變?yōu)殚W爍,直至點火成功為常亮。“槍火焰狀態(tài)”燈常亮，表示點火槍點火成功，火焰溫度顯示“TTI-200”的溫度值會逐漸上升，延時適當時間，程序自動打開HV-5459(氫氣切斷閥)和HV-5458(氯氣切斷閥)。

此時“氫氣切斷閥開”指示燈和“氯氣切斷閥開” 指示燈變?yōu)槌Ａ?，程序自動打開“氫氣小火閥XV-5452”，檢測點火信號送入PLC和DCS；如在40 s內(nèi)未見“L-32點火狀態(tài)”燈常亮，表示點火失敗。如點火失敗，則程序自動關(guān)閉氣控柜內(nèi)的氫氣控制閥、空氣控制閥和空氣調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉高壓放電，開啟氮氣控制閥對燃燒器進行吹掃，吹掃180 s后停止吹掃。再點火時，須對點火裝置進行復位，按“總停S-34”，保證重新進行點火的一系列過程。

(5)合成爐中心火焰點燃后(即氫氣已燃燒)，火焰溫度顯示“TTI-200”的溫度值會迅速升高到200 ℃左右，“火焰狀態(tài)L-33”燈常亮，火焰檢測器檢測到火焰后“火焰狀態(tài)1”燈和“火焰狀態(tài)2”燈會分別變?yōu)槌Ａ?，主控按“開氯氣閥S-32”啟動按鈕，自動打開“氯氣小火閥XV-5451”時序檢測點火信號。信號有效,點火將順序進行保持；無效則聯(lián)鎖，主控同時打開FIC-5455(吸收水流量調(diào)節(jié)閥)加適量吸收水。

(6)通過火焰攝像確認合成爐內(nèi)氫氣和氯氣已燃燒，主控分別按“氫氣調(diào)節(jié)閥(電磁閥)”按鈕和“氯氣調(diào)節(jié)閥(電磁閥)”按鈕，適當調(diào)節(jié)FIC-5452(氫氣調(diào)節(jié)閥)和FIC-5451(氯氣調(diào)節(jié)閥)開度加大進爐氫氣量和氯氣量，保證合成爐火焰穩(wěn)定，同步增加該爐吸收水流量。火焰穩(wěn)定后，按先后順序關(guān)閉XV-5450(關(guān)閉爐門)→開XV-5454(開尾氣放空)→關(guān)HV-5454(停下水流泵)→按“停點火槍” 按鈕停點火槍→合成爐投入“聯(lián)鎖”。

(7)待合成爐提量穩(wěn)定運行后，按“總停S-34”按鈕，點火槍處于安全狀態(tài)，合成爐主管道氫氣與氯氣小閥處于安全關(guān)閉狀態(tài)，此時可以退出自動點火操作畫面，完成自動點火整個流程。圖2為部分DCS自動點火組態(tài)圖。

圖2 部分DCS自動點火組態(tài)圖

(8)點火槍停止。按S-33可先停點火槍；關(guān)閉氫氣控制閥,關(guān)閉空氣控制閥，開啟氮氣控制閥對點火燃燒器進行吹掃,氮氣控制閥始終保持開啟，并通過減壓閥調(diào)節(jié)合適的流量(3 m3/h),減壓閥出口壓力應始終大于合成爐爐內(nèi)壓力。

2.3 停車聯(lián)鎖程序

聯(lián)鎖動作設(shè)計如下(聯(lián)鎖邏輯關(guān)系如圖3所示)：氯氣緩沖罐壓力PSL_5451D過低聯(lián)鎖報警，氫氣緩沖罐壓力PSL_5452D過低聯(lián)鎖報警，循環(huán)水流量FLS_5450D關(guān)閉狀態(tài)聯(lián)鎖報警，合成爐火焰BE_001D和合成爐火焰BE_002D同時不亮狀態(tài)聯(lián)鎖報警，合成爐緊急停車按鈕按下。滿足以上其中一個條件就觸發(fā)聯(lián)鎖以下動作：①打開氮氣切斷閥HV_5462D，②氫氣調(diào)節(jié)閥(電磁閥)FSV_5452D失電，③關(guān)閉氫氣切斷閥HV_5459D，④氯氣調(diào)節(jié)閥(電磁閥)FSV_5451D失電，⑤關(guān)閉氯氣切斷閥HV_5458D，⑥打開尾氣放空閥HV_5452D。

圖3 停車聯(lián)鎖邏輯關(guān)系簡圖

點爐完成后，合成爐工序DCS全部投入聯(lián)鎖狀態(tài)，以保證合成爐安全運行?；鹧鏅z測有2個，確保準確監(jiān)測到爐內(nèi)火焰是否正常燃燒，防止誤動作引起非正常停爐。

DCS停車聯(lián)鎖組態(tài)如圖4所示。

緊急停車控制采用DCS操作人員按緊急停車按鈕聯(lián)鎖停車，當發(fā)生特殊情況，可快速切斷合成爐Cl2進氣切斷閥和H2進氣切斷閥，開啟HV_5462(氮氣閥)向合成爐充氮氣，逐漸打開HCl去吸收系統(tǒng)的閥門，同時調(diào)節(jié)FIC_5455(吸收水流量調(diào)節(jié)閥)，逐漸降低吸收水流量至1 m3/h左右，約5 min后，關(guān)閉FIC_5455(吸收水流量調(diào)節(jié)閥)，充分確保氯化氫完全吸收。

火焰檢測采用紫外火焰探測器，為開關(guān)量輸出，置于合成爐視鏡外，主要是防止非正常息爐的情況還進Cl2和H2。

值得注意的是：停爐檢修后，在點火前，要檢查火焰檢測器(關(guān)系到點火槍點火是否正常工作)，發(fā)現(xiàn)污垢，要及時清理。

圖4 DCS停車聯(lián)鎖組態(tài)圖

3 調(diào)試

調(diào)試過程出現(xiàn)如下問題。①畫面太零散、組態(tài)程序錯誤。經(jīng)過優(yōu)化后，效果較好，便于工藝人員操作。②爐內(nèi)正常情況時，火焰檢測器信號經(jīng)常閃爍，后經(jīng)廠家更換后，穩(wěn)定性得到提高。③自動點火停車聯(lián)鎖未能與原HCl生產(chǎn)停車系統(tǒng)銜接，通過溝通,改變工藝流程解決問題。

4 結(jié)語

鹽酸合成爐PLC自動點火系統(tǒng)與DCS控制相結(jié)合，實現(xiàn)了氯化氫合成爐自動點火及聯(lián)鎖控制，點爐時不直接與氫氣接觸，生產(chǎn)更安全、穩(wěn)定。