MVR蒸发结晶装置的仪表工程实践

黄光明,冯海臣，饶 佳

(中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙 410114 )

文章通过蒸发结晶项目仪表安装和调试期间所发生的问题为实例，讲述如何解决MVR蒸发结晶仪表工程期间所发生的安装、设计及调试问题，并通过解决所遇到的难题给从事蒸发结晶项目仪表工程管理人员参考和借鉴 。

1 MVR蒸发结晶项目介绍

(1)项目是利用机械式蒸汽再压缩技术,简称MVR是二次蒸汽通过蒸发系统产生，低效率的蒸汽经蒸汽压缩机机械做功提升到高效率的蒸汽。项目的建成能极大地提升废水处理能力，为项目的生产改造、产能扩充夯实基础。

(2)项目仪表工程主要包含蒸发车间仪表工程和膜车间仪表工程两部分，主要有现场仪表、分析仪器、自控阀门、视频监控系统、PLC系统及DCS控制系统，主要工程量如表1。

表1 项目仪表工程Tab.1 Instrument engineering of the project

(3)工程里程碑。仪表安装和调试完成时间为2018-06-15，安装竣工时间为2018-6-22，工程验收时间为2018-10-15。

2 仪表工程进度和质量管理

(1)在MVR蒸发结晶项目开始前，排定工程进度计划及做好相关程序文件。根据工程量大小和整体进度情况排定工程进度计划，包含设计进度计划、采购进度计划、安装进度计划和调试进度计划；根据仪表种类及安装内容，结合自动化仪表工程施工及质量验收规范和仪表说明书，编制仪表相关的质量程序文件、仪表施工组织设计、仪表安装程序文件和DCS逻辑程序和连锁调试文件。

(2)在MVR蒸发结晶项目施工时，需要深入施工现场，掌握工程进度、质量及施工的各个环节，根据施工进度情况，及时调整进度计划和人力需求，保证蒸发结晶项目的仪表安装和调试按时完成，另外每周将剩余仪表安装剩余工作量告知安装单位，以便安装人员调整安装计划和人力需要。

(3)在项目安装工期只有2个月的情况下通过排定安装计划，制定各种安装程序文件，平常深入现场管理，掌握仪表工程进度和质量，发现安装进度跟不上总体进度时及时调整人力需要，改变安装次序和工法等措施，保证了工程按期完成仪表安装和调试，保证了系统正常开车调试和投运。

3 废水处理蒸发结晶项目常见的仪表选型建议

因废水处理工艺介质复杂，废水处理和制盐行业工艺介质主要有卤水、酸碱性介质以及含氯离子的介质含量高，具有很强的腐蚀性，另外盐浆是颗粒状，硬度较高，具有一定的冲刷性并容易结晶，在仪表选型阶段需格外注意。

(1)与介质直接接触的压力变送器、电磁流量计、温度计套管等需考虑材料的耐腐蚀性、耐冲刷性问题，在选型上一定要选316L或者哈氏合金或钽材质一般选用横河、ABB、西门子等品牌；温度计和压力表一般选用上海自动化仪表和重庆川仪品牌；在制盐项目中常使用称重仪，主要使用在增稠器部位，需要选用高性能称重仪器，对性能和品质要求较高，因此需要选用进口品牌，比如梅特勒托利多品牌。

(2)对于制盐项目中，因为盐浆容易结晶结块等特征，结晶物硬度很高，控制阀泄漏等级要求较高，对于卤水、排盐重要工艺段的控制阀，V型球阀选型要求选用金属密封、 阀座材质要求316L部分为堆焊斯太来合金，阀芯材质要求316L整体喷涂碳化钨处理，硬度需要达到洛氏70度；对于蝶阀，阀座阀芯需做硬化处理，比如镀硬铬处理，控制阀门常选用FISHER品牌。

4 仪表安装和调试期间问题处理及对策

MVR蒸发结晶项目仪表方面相对于制浆造纸或石油化工项目来说，仪表控制点和安装量要少，但仪表种类相差不大，控制逻辑方面也并不简单。现场仪表主要类型有孔板流量计、靶式流量计、转子流量计、流量开关、压力变送器、液位变送器、热电阻、压力开关、电动调节阀、电动旋塞阀、角阀等以及DCS控制系统和压缩机现场控制单元等。DCS程序和组态方面主要是压缩机控制程序和连锁报警及防喘振控制程序，蒸发罐溶液密度计算，蒸发罐液位串级控制程序，压缩机出口温度串级控制及调节回路和加热器压力比例调节等回路以及各类报警连锁程序，报警画面等。

4.1 安装阶段问题总结

在蒸发结晶装置安装阶段主要问题为：材料问题，如到货材料型号规格与设计提资规格不一致问题；设计图纸问题，如DCS操作台安装空间问题，液位开关安装空间不够问题以及增稠器设备未预留称重仪安装孔问题等；仪表安装问题，比如转子流量计未严格按照下进上出，垂直安装原则进行安装等。

4.1.1 材料问题

(1)到货的仪表设备配件缺少或者遗漏问题，比如合同要求电磁流量计配带法兰，但实际到货的设备没有配带或者遗漏。

(2)到货的仪表设备与采购品牌不一致问题，比如流量开关采购的是美国普林柯，但实际到货的品牌为上海雄风。

(3)到货的仪表材质不符合要求或者尺寸不符合国标要求，比如气源不锈钢管厚度不够，端面不平，有毛刺，内壁生锈等，到货的镀锌钢管采购要求为热镀锌，实际到货为冷镀锌，而且镀锌钢管厚度不符合要求，很容易弯管变形。

(4)部分到货的设备无校验报告或者合格证。解决方法：需对供应商建立惩罚机制，对供应商建立档案，每年进行一次评分，对于多次出现问题的供应商，建议打入黑名单，不再进入公司采购部门的名单。

4.1.2 设计图纸问题

(1)PVC管道上的仪表测点因设计遗漏，未考虑PVC三通变径接头，导致仪表测点无法安装。

(2)因设计考虑不周，原控制室操作台空间不够，导致部分操作员站和视频监控系统无法安装，必须考虑新建控制室。

(3)因设备与土建专业沟通原因，设计阶段未进行有效的沟通，洗气塔离土建大梁空间不够，导致液位开关安装的空间不够，无法安装上，需重新开孔。

(4)增稠器设备提资称重仪安装孔尺寸，导致到货的设备未开孔，称重仪无法安装，需要现场开孔安装，安装难度加大。

(5)部分测点、材料、通讯电缆设计遗漏，安装过程中发现问题后，再次提资购买，影响工程进度。解决方案：蓝图晒图前建立审图制度，在审图过程中及时发现图纸中存在的设计遗漏或者明显的技术方案错误问题；在设计前期各专业之前需要提前沟通，将各专业接口，空间尺寸考虑清楚。

4.1.3 安装问题

(1)因安装人员对转子流量计安装方式理解不清楚，导致未按下进上出，垂直安装的方式安装转子流量计，导致微小流量计检测信号时有时无，经更换安装后问题解决。

(2)因安装期间，部分仪表电缆保护管未做防堵或者防水措施，导致室外部分仪表进水，进水原因为电缆保护管未封堵或者金属软管最下端部分未开孔导致水从电缆保护管处进入慢慢从变送器葛兰头渗入，以致室外部分仪表进水损坏。

(3)因部分仪表在交叉安装过程中，因仪表防护措施做的不到位，导致其他专业在周边施工时将仪表碰撞损坏。解决方案：安装前需对安装人员进行安装交底，阐明重点设备的安装要点和方法，让安装人员熟悉每种仪表的安装方式；安装过程中对仪表做好防水措施，防止仪表进水损坏;在安装期间需做好仪表防护，以免仪表受到外力碰撞而损坏。

4.2 调试阶段问题总结

在华友项目一期和二期的蒸发结晶装置调试及运行阶段经常出现如下问题:因PID参数设置问题，导致阀门开度波动较大，经常出现蒸发罐液位控制不稳问题；压缩机出口温度不稳定；蒸发罐容易密度波动大或者压力接口堵塞检测不到密度；压缩机喘振、振动大、轴承温度高引起连锁跳停等问题；因腐蚀原因导致仪表或者阀门损坏问题；DCS通讯故障等问题。

4.2.1 调试运行期间仪表故障原因及解决方案统计表(如表2)

表2 试运行期间代表故障原因及解决方案Tab.2 Reason and solution of instrument failure during trial operation

续表2 (Continue)

4.2.2 几种典型的蒸发结晶项目仪表调试运行期间故障处理方案

问题一：蒸发罐密度计未安装导致液位控制不稳

(1)液位不准原因分析：原蒸发罐液位是通过双法兰式压力变送器测出蒸发罐内部液位的差压，再通过测量原理，得出蒸发罐液位L=h=△P/ρg,根据DCS设置程序，通过工艺操作人员定期从实验室测出蒸发液中的密度，输入到DCS控制系统中，从而得出蒸发罐的液位见图1，这样测量液位的随机性和主观性较强而且测量密度值不连续，不能实时测量液位计的密度值，在试车阶段或者工艺不稳定的状况下时，因密度不能及时更新，测量的误差非常大，不能满足生产要求，为了使液位测量准确，需增加实时监测密度的测量仪表。

图1 无密度计的液位测量Fig.1 Liquid level measurement without densimeter

(2)改善方案：在蒸发罐和循环管上总共安装三只压力变送器，来测量蒸发罐不同部位压力值P1、P2、P3,再根据计算公式1:ρ=(VPTn3-VPTn2)/gH,然后代入DCS计算公式2:L=(VPTn2-VPTn1)/ρg，式中:ρ为蒸发罐内物料密度kg/m3，VPTn1为蒸发罐压力变送器P1的测量值kPa,VPTn2为蒸发罐压力变送器P2的测量值kPa，VPTn3为循环管压力变送器P3的测量值kPa，g为重力加速度9.8 m/s2;通过公式1和公式2得出公式3:L=(VPTn2-VPTn1)/(VPTn3-VPTn2)×H，通过此方式就可以实时监测到蒸发罐的实际液位，从而避免了试运行阶段和工艺状况不稳定时候的液位测量不准的缺点，测量原理图见图2。

图2 增加密度计后的液位测量Fig.2 Liquid level measurement after adding densimeter

(3)测量的误差影响和注意事项。在液位测量过程中，常常受到压力变送器的冲洗水管道的堵塞以及蒸发罐和循环管物料的影响，每次泵启动过程中密度值就会存在一定的偏差值，主要原因为泵在启动过程中存在阻力影响以及重力因素和取压口当时的浓度、密封水微小压力的影响，在运行过程中跟踪分析，绘制偏差曲线图进行密度补偿，误差问题得以解决。

问题二：蒸发罐介质密度经常不稳或测量不到

蒸发罐介质密度经常不稳定或者测量不到，因蒸发罐密度是通过差压原理测量测出△P，再通过DCS程序中的计算公式ρ=△P/gh计算出密度ρ，从而得以分析得出，当差压测量不准时，计算出来的密度值肯定不准确，通常导致差压检测不正常或者检测不到的原因是压力变送器法兰处经常结晶而堵塞，导致差压经常检测不到。解决方案在法兰短管出安装一冲洗水管，为了保证冲洗水管水流恒定而不影响到差压的测量，在冲洗水管上安装一微小流量计，通过此措施解决了因堵塞而检测不到密度的问题，见图3。

问题三：DCS控制系统通讯及数据故障

DCS控制系统在调试运行期间出现问题如下：①服务器数据与网络层经常无法通讯，解决办法只能用服务器将数据还原，如果还原失败，还需重装系统，解决办法麻烦而且不能彻底解决问题；②控制器冗余失效，当主控制器出现故障时，系统不能正常切换到副控制器上，导致系统无法运行，当通过手动进行切换时，主控制器带有DP通讯网络，通讯设备数据无法传给副控制器，导致网络中断；③硬件交换机，网络架构为以太网，两台主副网络，由一根网线连接，进行数据同步，交换机数据交换不冗余，当两对交换机副网络口连接时，会出现通讯异常，服务器数据丢失情况，操作站死机情况。该问题发生后，组织MOX系统专家对控制系统进行检查，检查情况如下：

a)首先进行DCS系统网络诊断，检查发现当出现网络堵塞情况时，操作员站画面登录不上，数据不刷新；服务器连接一台交换机，当网络出现堵塞时，两台交换机之间无法正常通讯，导致数据无法刷新，解决方案为取消两台交换机的环网设置，采用级联方式，两台管理型工业以太网交换机之间采用跳线直连，则可以避免上述问题的发生，此时的网络仍为环网结构，网络的安全性是有保障的。

b)DCS下位系统诊断, 经检查发现CP5通讯卡连接的水晶头接触不良, 重新制作水晶头恢复。

通过以上检查，厂商给出结论及建议：目前衢州华友硫酸铵蒸发一期DCS系统软件、硬件采用单服务器模式，可调整为冗余模式；一期系统DP 通讯只有主CPU有，所以切换至备用CPU无法与压缩机控制系统进行通讯；是因为当时压缩机随机PLC系统为单机结构，如果需要实现，提供一个DP接口。DP通讯冗余，则需在压缩机PLC增加冗余DP通讯接口(取决于压缩机随机PLC的系列是否满足)，同时增加DCS副CPU的DP通讯接口。

解决方案：将一期DCS系统网络与二期DCS系统网络连通(已经在二期施工时敷设好了光纤)，DCS系统上位组态软件合并成一套，利用二期DCS系统服务器硬件。在原二期DCS系统基础上增加四个客户端，用于一期的画面监控。系统结构如图4。

图3 密度计冲洗水管安装流量计Fig.3 Installation of flowmeter for flushing water pipe of densimeter

图4 DCS网络结构图及配置情况Fig.4 DCS network structure diagram and configuration

通过优化，实现了一期和二期 DCS 系统的软件融合，提高了一期 DCS 系统的可靠性。

4 结语

通过以蒸发结晶项目仪表安装和调试期间所发生的问题为实例，讲述如何解决MVR蒸发结晶仪表工程期间所发生的安装、设计及调试问题，在蒸发结晶装置安装调试阶段重点需要解决蒸发罐介质密度检测，压缩机出口压力、温度控制问题，蒸发罐液位控制问题，压缩机防喘振检测及控制问题以及各种设备连锁保护问题和各种测点检测准确问题，并通过解决所遇到的难题，供从事蒸发结晶项目仪表工程管理人员参考和借鉴。