氰尿酸水解工藝的自動化改造

馬旭光

（河北冀衡化學股份有限公司）

氰尿酸水解生產(chǎn)的傳統(tǒng)操作是由操作工在現(xiàn)場手動操作?，F(xiàn)場恒溫罐壓力（0.2～0.3 MPa）和溫度（140～150 ℃）已安裝遠傳信號接到操作間儀表盤上，現(xiàn)場無液位、溫度指示儀表。 工藝數(shù)據(jù)也只顯示數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)存儲功能，無法為工藝分析提供數(shù)據(jù)支撐；現(xiàn)場調(diào)節(jié)、切斷采用執(zhí)行元件，由于缺乏視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員需通過恒溫罐視鏡觀察物料的反應情況，然后進行調(diào)節(jié)；現(xiàn)場人員操作恒溫罐時會面臨高溫、高壓、強腐蝕（硫酸）環(huán)境，具有一定危害性。 根據(jù)國家安全生產(chǎn)的相關(guān)要求，操作人員需遠離危害環(huán)境。 因此，公司組織技術(shù)力量對水解工藝進行自動化改造。

1 儀表選型

1.1 閥門

工藝原生產(chǎn)進料閥為鑄鐵襯氟球閥，使用壽命約半年。 針對氰尿酸漿液物料具有的高溫、強腐蝕和易結(jié)晶特性，進行水解恒溫罐進料閥選型試驗。

重慶陶瓷閥門。 閥門結(jié)構(gòu)形式V型，雖然V型球閥調(diào)節(jié)性較好，但氰尿酸漿液易結(jié)晶，會出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，法蘭密封為陶瓷管，使用一星期左右陶瓷球就可能破裂，法蘭面被腐蝕破壞，閥門發(fā)生氰尿酸結(jié)晶堵塞問題。

針對第1次試驗出現(xiàn)的問題， 由天津某廠家制作了一臺試驗閥門， 為DN65 mm通徑陶瓷閥門，法蘭密封為陶瓷密封。 試驗后解決了閥門堵塞及密封面為直管密封易腐蝕的問題。 但試驗過程中閥門球體破裂一次， 閥桿出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，而且閥門球體密封為浮動硬密封，閥門內(nèi)腔間隙較大， 出現(xiàn)了氰尿酸結(jié)晶致使閥門無法開啟的問題。 以上問題說明閥門制造存在質(zhì)量、閥桿選材、結(jié)構(gòu)不合理的問題。

總結(jié)前兩次試驗出現(xiàn)的問題，由煙臺某廠家先后制作了單側(cè)密封陶瓷球閥和PFA+陶瓷球體。單側(cè)密封陶瓷球閥使用時間相對較長（約半年），后由于結(jié)晶堵塞，人工開啟力矩較大，造成閥體損害；PFA閥座， 碳鋼閥體+閥芯陶瓷使用效果較前幾次試驗閥門的使用時間都有較大的提升，但由于閥體為碳鋼襯PFA，長時間使用，由于物料結(jié)晶，造成閥體出現(xiàn)劃痕，判斷使用一兩年后容易出現(xiàn)密封不嚴的情況。

由于閥門接觸的物料介質(zhì)為強腐蝕高溫硫酸， 目前工藝普遍認可的金屬材料為金屬鋯，但金屬鋯材閥門成本較高，經(jīng)濟性欠佳，結(jié)合陶瓷的耐高溫性、耐腐蝕性及金屬鋯耐高溫和耐強硫酸且機械強度較高的特點，提出閥座采用陶瓷材料、閥芯選用鋯材的陶瓷球閥設(shè)計方案，即滿足工藝特性又滿足經(jīng)濟性，目前試驗良好。

1.2 液位監(jiān)控

由于現(xiàn)場反應為搪瓷夾套反應釜，出口沒有閑置，且高溫、結(jié)晶等限制，檢測儀表的選型至關(guān)重要，直接關(guān)系到改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 由于壓力及溫度監(jiān)控已經(jīng)實際應用，故不作考慮。

液位監(jiān)控針對物料特性及現(xiàn)場實際情況選用高溫雷達液位計，利用反應罐上部閑置出口進行測量，同時把人孔觀察口擴大，在視鏡外部加裝視頻監(jiān)控，使監(jiān)控傾斜照射液面與罐壁，便于操作人員觀察液位。

2 自動控制系統(tǒng)的應用

此次改造主要是要實現(xiàn)操作人員遠離恒溫罐危險介質(zhì)、遠程精確操作和生產(chǎn)自動化的目標。

本次氰尿酸水解自動化改造采用PLC控制+模擬量采集模塊+三維力控組態(tài)軟件組成的數(shù)據(jù)檢測、控制、監(jiān)控系統(tǒng)。 把需要壓力、液位、流量及閥門等有聯(lián)鎖邏輯的控制參數(shù)送入S7-200smart CPU SR60及其擴展模塊AM08和AQ04進行數(shù)據(jù)采集與邏輯控制；對沒有工藝控制只有工藝報警的降溫罐溫度、 液位等參數(shù)由DAM-3158模擬量采集模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 操作界面采用北京三維力控組態(tài)軟件ForceControl設(shè)計（圖1），實現(xiàn)了工藝報警、聯(lián)鎖控制、工藝控制、數(shù)據(jù)記錄等控制功能。 力控組態(tài)軟件與S7-200smart采用以太網(wǎng)通信， 與DAM-3158模擬量采集模塊采用RS485通信，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集與通信功能。

圖1 氰尿酸水解工藝自控系統(tǒng)主界面

本次改造擬實現(xiàn)的操作遠程自動控制，主要針對恒溫罐進行。 以一條生產(chǎn)線為例，1#～3#恒溫壓力調(diào)節(jié)， 壓力恒壓調(diào)節(jié)將根據(jù)1#恒溫罐內(nèi)的壓力自動調(diào)節(jié)蒸汽壓力， 當3個恒溫罐中任何一個的壓力超壓，則3#罐放空閥打開泄壓。為解決1#～2#和2#～3#罐物料管道堵塞問題進行壓料操作， 在2#罐和3#罐進口設(shè)置蒸汽壓料閥。

溫度調(diào)節(jié)。 恒溫罐溫度通過調(diào)節(jié)最后一級恒溫罐放空閥開度調(diào)節(jié)蒸汽流速，通過保持恒溫罐溫度或減少進罐蒸汽流量來控制恒溫罐溫度。

液位調(diào)節(jié)。 通過雷達液位計監(jiān)測恒溫罐內(nèi)的液面情況，從而控制漿液管道自動閥，調(diào)節(jié)漿液流量，當液位高于設(shè)定液位值時打開恒溫罐之間的自動閥LCV0102A-/B， 當?shù)陀谠O(shè)定液位值則關(guān)閉恒溫罐間的自動閥LCV0102A-/B。 恒溫罐原始開車時曾安裝攝像頭進行監(jiān)控，由于高溫攝像頭使用不久就廢棄，改造過程中安裝了耐高溫攝像頭（風冷、水冷卻或半導體制冷，耐溫范圍-50～150 ℃），通過玻璃試鏡觀察恒溫罐內(nèi)液位實時狀況及物料反應情況。

酸濃度調(diào)節(jié)。1#恒溫罐安裝硫酸（93%/98%濃酸）自控閥PCV0102A。 由于酸濃度檢測設(shè)備不好選型， 解決方案是設(shè)置硫酸流量計FIC0101和流量調(diào)節(jié)閥FCV0102A實現(xiàn)恒流量進酸。 根據(jù)現(xiàn)場檢測酸濃度及時調(diào)節(jié)硫酸流量。

漿液罐自動控制。 在漿液罐進口管道加裝自動控制閥，在罐上加裝雷達液位計（由于漿液罐有攪拌，其他液位計不適用），同時將漿液罐液位與進口自動閥聯(lián)鎖，實現(xiàn)液位的自動控制。

降溫罐自動控制。兩套恒溫罐3#罐出口加裝4個自動開關(guān)閥XV0101a～d，每個自動閥分別控制1-3#/2-6#/7-9#/10-12#降溫罐進料， 實現(xiàn)遠程操作，以減少工人現(xiàn)場開關(guān)閥門的頻次，同時降低操作人員的勞動強度。 同時，把降溫罐溫度及液位遠傳進行集中采集報警。

此次改造中的難點是，氰尿酸漿液物料的特殊性，易結(jié)晶、強腐蝕、高溫（約150 ℃），造成閥門材料及型式選擇比較困難。 由于恒溫罐液位溫度較高，并且是在原恒溫罐基礎(chǔ)上改造，液位計選型較為困難，需選用高溫雷達液位計，并驗證其可靠性。

此次自控系統(tǒng)改造， 可以選用DCS或PLC控制實施。DCS控制適用于控制點數(shù)較多，工藝要求較高的生產(chǎn)控制； 而PLC控制應用于控制點數(shù)較少的情況，PLC技術(shù)的相關(guān)操作比較簡單，具有良好的控制效果，在具體的邏輯運算、閉環(huán)控制、順序控制過程中，優(yōu)勢明顯。 因此，本次改造選用PLC控制。

3 結(jié)束語

氰尿酸物料具有特殊性，而氰尿酸工藝的自動化改造又是首次實施。 改造投運后，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，系統(tǒng)的自動化程度有所提高，同時也改善了操作人員的工作環(huán)境，降低了勞動強度，為氰尿酸的生產(chǎn)工作在安全、環(huán)保、節(jié)能降耗方面積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。