仪表气对于化工生产的重要性

安浩龙(陕西黄陵煤化工有限责任公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

随着经济的飞速发展，科技的不断进步，化工的生产规模逐步走向大型化、标准化、节能化、精细化，同时自动化、现代化程度日益提高，那么这些化工生产装置就离不开仪控系统的参与，生产中，为减少人为操作失误及劳动强度，化工生产的重要单元设备、阀门都步向自动化，这些自控阀门、设备的仪表执行部分按动力源分为电动和气动两种，电动的以220V 交流电源为能源；气动的以洁净的压力稳定的压缩空气为能源[1]。因气动仪表控制机构精密、微小的特性，所以对气源压力、质量要求非常严格，那么压力稳定、纯净度高的仪表气源对于连续性非常强的化工生产来说是相当重要的。

1 仪表自控系统对仪表气源的要求

纵观各化工生产企业，因仪表气源造成中断生产的比比皆是，其中包括因仪表气源的供应中断，气源带水，管道内有焊渣、铁锈等。如何避免因为仪表气源的原因造成化工生产系统的中断，那么对仪表气源的选取有以下要求：

(1)气源能满足气动仪表及执行机构要求的压力，并且维持稳定。一般气动仪表为0.14MPa，气动活塞执行机构为0.4～0.5MPa。

(2)由于气动仪表比较精密，其中喷嘴和节流孔较多，且它们的通径又较小，所以对气源的纯度要求较高，主要应注意以下几个方面：

①固态杂质：大气中灰尘或管道中的锈垢，其颗粒直径一般不得大于20μm，对于射流元件，该直径不得大于5μm。

②油：大多单位仪表气使用的压缩机为有油润滑的空气压缩机，含油量不得大于15mg/m³。

③腐蚀性气体：空气压缩机吸入的空气中不得含有SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蚀性气体，如不能避开，应先经洗气预处理装置将吸入空气进行预处理。

④水分：必须严格控制气源湿度，以防在供气管道及仪表气路内结露或结冰。一般可将气源的压力露点控制在比环境最低温度还低5～10℃的范围内。

2 仪表气在化工生产中的作用

随着科技的进步，化工生产逐步走向大型化、智能化。而阀门，作为化工生产的终端控制元件，随着自动化程度的不断提高，逐渐由手动演变为半自动再到自动，自动控制的阀门在化工生产中的应用越来越广泛，相对于手动阀门来说，自动控制阀门的优点显而易见：

(1)减少人为操作失误。人为操作时，由于精神的不集中、工具的不合理、力度的不均匀等人为原因在操作时造成阀门的误开、误关、开关的不合适造成生产系统的波动，严重时造成生产系统的中断，甚至发生恶性事故。

(2)大大降低了劳动强度。在一套整体的化工生产单元中，多的时候阀门有成百上千个，阀门有大有小，而操作现场又不可能配备很多的操作人员，需要时不时的对生产系统进行调整，人员劳动强度不可避免的就加大，几个小时下来，跑动的距离可想而知，而且，人在疲劳的状态下很容易出现失误。

(3)能够做出快速反应，操作稳定简单。日常操作时，只需在操作台发出简单的指令，便可以达到调整系统工况的目的，尤其当发生紧急情况时，需要快速做出反应，争分夺秒，这些都可以通过仪表控制单元实现。

自动控制阀由阀体、阀内件、提供阀门驱动力的执行机构以及各种各样的阀门附件组成，典型的阀门附件由电气阀门定位器、电磁阀、限位开关、和过滤减压阀组成，为了控制阀门的响应时间，有的还需加上增速器、阻尼器和快速排放阀等附件。

控制仪表输出的控制信号输入至电气阀门定位器，电气阀门定位器把4～20mA 的信号转换成气信号来自动调整执行机构的行程，经过反馈系统作用使行程与信号按比例进行变化，从而实现阀门的准确定位与精准操作[2]。那么作为自动控制阀门执行机构的动力源-仪表气的身份就显得尤为重要，仪表气的稳定与否直接决定阀门是否稳定、精确控制，从而决定化工生产系统是否平稳、安全运行，而仪表气的质量好坏则直接影响控制阀的寿命。

有时仪表气也可作为运转设备的密封气、加温气，比如在空气压缩机中，仪表气可作为空气压缩机的密封气，防止高压空气泄漏的同时轴承初润滑油的渗出。

仪表气也可做为膨胀机的密封气，一是作为增压端的密封气，不让高压气漏出。二是做微膨胀端的密封气，防止低温气体泄漏造成轴承润滑油冻结，造成机械故障。同时也可防止润滑油渗入轴承密封处，进入膨胀机。同时仪表气也可作为膨胀机的加温气，在化工生产单元，膨胀机往往设置有备机，一旦运行机发生异常或需要保养时停运后，则需要对停运的膨胀机进行加温，让内部恢复到常温，则可使用仪表气作为加温气进行加温，保证膨胀机的正常运转。

3 仪表气源的改进意见

3.1 从源头进行控制

因化工生产的特性，空气中或多或的含有一些SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蚀性气体，或者有些化工生产厂区通风条件不好，地势低洼，空气湿度比较大，在选择时，应避开这些地方，应选择在环境清洁、通风地区。实在因地域有限，避不开时，应布置在有害气体及固体尘埃散发源的全年最小频率风向的下风侧，应考虑周围扩建时可能对此带来的影响，同时设置通风系统。

3.2 从生产设备、工艺进行优化

(1)在仪表空气压缩机进口设置过滤器，并定期进行清洗、更换等维护保养。

(2)首先，仪表气管道应使用镀锌管，既经济实惠，同时又能避免管道内生锈，将铁锈渣带入用户单元。在仪表空气压缩机出口管道设置精密过滤器，若是带油的压缩机，则利用出口精密过滤器主要除掉油份，若是干式无油的压缩机，则利用出口过滤器主要除掉水分、灰尘、杂质等，在精密过滤器底部设置排污口，通过定时排污和定期检查、更换滤芯保证仪表气源的品质。

其次，在压缩机出口过滤器后设置仪表气缓冲罐，高径比应设置合理，能够保证仪表气在进入缓冲罐后有足够的空间和时间完成降速、油及杂质的分离、沉降，而后仪表气从顶部排出(切勿将出口管设置在底部，以免将沉降下来的油份、杂质又带出)。同时在仪表气缓冲罐底部增加排污口，定时打开阀门排出沉积在仪表气缓冲罐底部的油份、杂质等。

最后，在仪表气出口管道设置前置过滤器，对仪表气中的油份、杂质、水分再次过滤，而后进入分子筛吸附筒，利用吸附的方法除去仪表气中的水分、油份、SO2等腐蚀性气体，仪表气从筒体底部进入(气流在上部进入时，分子筛表面的承重增加，易造成分子筛的粉化)，上部排出，底部设置分散气流的装置，同时让气流在筒体底部的空间进行短暂的降速缓冲，让气流均匀平稳的通过填料层。填料层分为两层，下部为活性氧化铝，用以吸收仪表气中的大部分水分、油份，上部为分子筛(人工合成的晶体铝硅酸盐)，主要清除仪表气中的SO2、H2S、Cl2等腐蚀性气体，采用活性氧化铝—分子筛双床层可将吸附筒的有效工作时间延长25%～30%[3]。设置两台分子筛吸附筒，一台吸附净化时，另一台再生，再生分为升压、并行、加热、冷吹、降压，利用吸附净化后的仪表气作为再生气对另一台吸附筒进行再生，定期进行切换，保证系统的正常运行，分子筛填料2～4 年更换一次。

分子筛在运行过程中，由于分子筛本身强度、气流的冲击、装填不实等造成分子筛的粉化，所以在分子筛吸附筒出口设置后置过滤器，用以除去分子筛粉末，避免带入管网造成自调控制阀精密单元喷嘴、节流孔的堵塞，影响生产系统的平稳运行。

4.3 下游用户进行规范使用

(1)在仪表气系统安装完工后，对系统、管网进行彻底吹扫，直至打靶确定气源合格后在使用。

(2)在仪表气进入每个生产用户单元总管最低处，最少设置一处倒淋，定时打开导淋排放，检查是否带水、是否纯净。

(3)利用每次停车机会，断开自调控制阀的仪表气源管进行检查，如有水、杂物及时进行清理，并将进入自调控制阀的仪表气阀间断性的打开、关闭吹扫几次。

4 结语

因为仪表气本身使用环境的特性，所以仪表气在源头处就加以选择控制、而后针对性的进行优化工艺、精细操作、定期维护，总之，保证了仪表气的品质，也就延长了自调控制阀的寿命，节约了成本，减少了造成生产波动的不稳定因素，杜绝了因仪表气质量问题给生产系统造成的影响。

[1]汤学忠，顾福民.仪表控制与气体分析[M].新编制氧工问答，北京：冶金工业出版社，2012.

[2]毛绍融，朱朔元，周智勇.控制技术及气体分析[M].现代空分设备技术与操作原理，杭州：杭州出版社，2005.

[3]汤学忠，顾福民.空气的净化[M].新编制氧工问答，北京：冶金工业出版社，2012.