氯化氢合成工艺的自动化的改造

丁 伟，陈羽鲲

(化工部长沙设计研究院沈阳分院，辽宁 沈阳 110026)

近十年来在化工生产中，采用自动控制技术可以对温度、压力、流量、液位和成分进行控制，使生产过程实现自动化操作、稳定产品质量、提高劳动生产率、降低能源和原材料消耗等，从而取得明显的经济效益和社会效益。本文针对某氯碱公司的烧碱分厂高纯盐酸工序中引入了许多国内领先的自动化控制技术，通过计算机的远程控制、在线检测、报警和连锁等方式，将整个盐酸系统与先进的自动化DCS技术完美的融合，实现了对氯化氢合成过程进行全程监测和控制[1]。

1 氯化氢合成控制系统的设计

1.1 氯化氢合成工艺流程

某氯碱公司的氯化氢合成工艺为：氯气处理工序来氯气及液氯工序的液化尾气经氯气缓冲罐和氯气管道阻火器并经各自流量计、流量调节阀、切断阀、逆止阀进入二合一石墨合成炉；氢气处理工序来的氢气经氢气缓冲罐和氢气管道阻火器也经各自流量计、流量调节阀、切断阀、逆止阀送入二合一石墨合成炉，按C12∶H2=1.00∶1.05的配比，通过人工自动点火方式进行燃烧，生成氯化氢气体。正常生产时生成的氯化氢气体合成的氯化氢气体经合成炉夹套降温后，再从合成炉的冷却器底部导出。经管道自然降温至40℃后，进入氯化氢分配台。氯化氢气体，经一级吸收器吸收后的剩余气体进入二级吸收器再吸收，不凝气体由水流喷射器抽入酸循环罐分离放空，成品酸从一级吸收器底部出来进入盐酸储罐。送至烧碱罐区储存，然后外销。

该氯碱公司现有生产的氯化氢合成工艺过程中，采取的控制手段是工人根据观测二合一石墨合成炉视镜中火焰的颜色，通过工人手动调节氯、氢管路上的调节阀调节氯、氢流量。由于整个氯化氢合成系统温度、压力的不断变化，通过人工手动调节方式，使得流量不够精确，容易造成氯气过量导致二合一石墨合成炉产出的氯化氢中含有氯气。在制酸过程中，若氯化氢所含的游离氯过高，会形成氢氯爆炸性混和气体，对安全造成重大隐患。为了防止这一现象出现，氢气应控制适当过量，但氢气过多，也会影响生产效率，加大生产成本。

1.2 控制方案与选择

结合上述工艺，为了克服单闭环比值控制中主流量不受控制，生产负荷在较大范曲内波动的不足的缺点，增加了主流量控制回路。本设计选用双闭环比值调节系统。该系统具有两个闭合回路，分别对主、副流量进行定值控制。同时，由于比值控制器K的存在，使得主流量由受到干扰作用开始到重新稳定在给定值这段时间内，副流量能跟随主流量的变化而变化。这样不仅实现了比较精确的流量比值，而且也确保了两物料总量基本不变[2]。

氯气流量及调节阀组成主控制回路，氢气流量计及调节阀组成从控制回路，氯气流量计测得的流量作为主变量在完成本回路调节的基础上，乘相应的系数(1.05～1.10)给到从控制回路，作为从控制回路的设定值，完成从回路的回路控制。

当主控量氯气的流量改变时，根据比例调节，副控量氢气的设定值也会相应的改变，且改变一直满足比例关系。由于各自回路是闭合回路，各自回路有保持稳定的能力，再加上比值调节，使得整个系统稳定且一直保持氢气微过量。控制回路原理图见图1。

图1 控制回路原理图

2 氯化氢合成自动点火控制系统的设计

氯化氢合成炉点火期间非常危险，氢气在封闭的炉腔内极易产生爆炸事故。由于该氯碱公司现采用人工点火方式，存在较大的安全隐患，本文设计一套自动点火系统能彻底解决此安全问题，减少人为操作，点炉时不需要直接与氢气接触，自动点火将大大的增加安全系数。

氯化氢合成炉自动点火系统主要由高压点火枪、自控阀门、现场操作箱、火焰检测器、温度传感器等器件构成，通过将合成炉自动点火控制程序组态到DCS系统中实现自动化点火控制，见图2。

图2 控制原理图

点火燃烧器构成：燃烧器装置为一体化内置型，安装在二合一石墨合成炉上，点火完成也保留在炉膛内，比现有常规的点完火之后燃烧器整体退出炉膛的方案更节省空间与安全。燃烧器装置兼备监测二合一石墨合成炉内壁温度的功能，有利于对设备冷却功能的监视。燃烧器装置为喷焰型，火焰长度超过合成炉半径以上。燃烧器装置能保证在0.1MPaG压力状态下的气相零泄漏。燃烧器装置的插入深度及设备安装法兰标准跟合成炉设备接口配套。

点火枪：点火枪的点火器内置于点火枪内，发火能量达到点燃氢气的最低要求。

火焰探测器：点火装置的火焰检测具有内部检测与外部检测的功能。内部火焰检测1台，外部火焰检测2台。

控制系统：控制系统集成于该公司原有DCS系统中，可实现现场点火，亦可实现远传点火功能，现场手动操作点火也是自动化的点火过程，同样在现场能反应出点火状态与进程。

系统点火：当具备点火条件时，DCS给出点火指令后，启动现场控制箱点火按钮(或由DCS直接启动点火按钮)，DCS将自动启动点火程序点燃点火枪，火焰检测器检测到火焰后将点火成功信号传送至DCS，由DCS控制现场主管路氢气、氯气切断阀，氢气、氯气小火阀，点燃二合一石墨合成炉石英灯头火焰，至此完成自动点火程序。增加氯化氢合成炉自动点火系统后，大大减少了生产过程中的危险事故发生，提高了该公司的安全系数。

3 结论

本文对某氯碱公司现有的氯化氢合成系统进行自动化改造。设计一套双闭环比值控制系统和一套自动点火系统，将原有的手动控制，改为了自动控制并将控制信号引入该公司的DCS系统控制，使所有控制参数自动连锁控制。当有危险发生时。都能利用自动系统进行控制．使工艺运行处在安全状态。

通过自动控制系统实现了整个氯化氢合成的自动化管理，提高了生产的自动化水平．使氯化氢合成更加稳定便捷，对氯化氢生产过程中的控制更加安全。补充了复杂控制系统和安全的连锁报警系统，降低了故障率，提高了生产中的安全可靠性，降低了现场操作人员和仪表维护人员的劳动强度。