盐酸生产过程自动控制的优化

王亚明,王智远，黄学文

(1.万华化学(宁波)氯碱有限公司，浙江 宁波 315812；2.宁波美诺华药业股份有限公司，浙江 宁波 315040)

1 生产工艺

液化尾氯经缓冲罐及稳压阀稳定压力在0.11 MPa，洗涤后的氢气经缓冲罐和气液分离器，经流量计在线检测及自动调节阀控制进入合成炉进行燃烧反应，合成氯化氢。氢气与氯气流量分别自动检测,并在线显示比例，自动(人工)跟踪调节，确保氯氢配比1∶(1.3～1.5)。合成的氯化氢气体在炉体中经冷却、吸收后生成合格盐酸；尾气进入碱洗塔被碱液循环吸收后，达标排放。

吸收剂为纯水，吸收氯化氢产出31.0%和36%的盐酸。

合成炉开车采用引风机抽真空、自动点火工艺，盐酸合成炉设置了联锁保护程序及DCS远程紧急停车程序，保障装置安全运行。

2 原装置存在的问题

自动化改造前盐酸合成炉开停车及生产运行期间存在的问题如下。

2.1 出酸浓度波动大

合成炉自投用以来生产能力可达到最大负荷，但是在开停车以及升降负荷过程中，由于操作较频繁，关注参数较多，盐酸合成炉出酸浓度波动大，易导致产品质量不合格。影响盐酸浓度的因素有吸收水流量、温度变化、氯气(氢气)流量和浓度等。造成盐酸浓度波动的主要原因是：①手动调节吸收水量，人工凭经验调节，稳定性差;②升降负荷时，须与氯气、氢气流量的调节人员配合操作，调节难度大;③由于吸收水在尾气吸收塔中吸收氯化氢气体后形成稀酸，再进入炉体吸收段进行吸收，最终形成合格盐酸，调节吸收水时，盐酸浓度变化存在滞后性，需要操作人员具有预判性，难度较大。

2.2 氯氢配比控制不当易导致过氢或过氯

万华宁波氯碱盐酸合成炉工艺要求氯氢配比控制在1∶(1.3～1.5)。配比控制过高，易导致氢气过量放空，造成浪费；配比控制过低，易导致过氯，造成产品不合格。在升降负荷期间及氯氢总管流量发生变化时，极易导致配比失调。

2.3 开停车操作量大

开停车过程须控制氯气、氢气、吸收水流量，且进行正负压放空切换等操作。

术后共随访6个月，术前及术后7天检测血清炎性因子：IL-6、IL-8的表达水平；术后第3个月时评估两组患儿临床疗效，观察患儿听力水平（各频率听阈），统计两组术后感染等并发症发生情况；术后随访第6个月时统计两组患儿复发率。

在智能化改造前，合成炉停车后，须进行以下操作：立即将合成炉成品排出切换至不合格品盐酸槽，对尾气放空进行切换，启动引风机抽真空，调节吸收水量，还要对管线冲洗15 min后再关闭。操作项目多，操作步骤容易遗忘，若未及时进行这一系列操作，则有可能导致不合格酸污染成品酸(曾出现过类似质量事故)，或者不合格酸产量过大等工艺损失，甚至合成炉内进入空气(合成炉未及时抽真空)，与氢气形成混合型爆炸气体，存在安全隐患。

3 改造方案

3.1 先进过程控制(APC)

通过读取氯气、氢气、吸收水的流量，设定酸浓度、氯氢配比、氯气流量值，增加控制上下限，实现自动控制。APC系统控制介面如图1所示。

图1 APC系统控制介面Fig.1 Control interface of APC system

3.1.1 盐酸浓度控制

根据盐酸浓度目标值(质量分数为31.8%/36.8%)，设置酸浓度控制上下限，自动控制吸收水量，从而实现酸质量分数的控制偏差范围在±0.2%。

3.1.2 氯氢流量配比控制

设定氢氯流量配比目标值(1.5)，及配比控制上下限，根据氯气流量自动调节氢气流量，从而避免氯气过量导致的盐酸过氯或氢气过量导致氢气放空造成浪费的问题。

3.1.3 负荷调整自动控制

由内操更改合成炉氯气目标值在合成炉最高和最低负荷控制范围内，操纵变量氢气流量及吸收水流量自动根据氯气流量进行变化，按照一定速率进行调整，将酸浓度和氯氢配比控制在要求范围。

3.2 开停车顺序控制

制定开停车过程的标准操作步骤，识别开停车期间的风险，将操作步骤编制成顺序控制逻辑，建立一键开车及停车顺序控制模块，增加到DCS中，从而减少操作量，提高本质安全，避免安全环保事故及合成炉损坏事故的发生。

3.2.1 一键开车顺序控制

一键开车顺序控制具备以下功能：开车条件自动判定，自动调整负荷，蒸汽并网，合成炉尾气正负压放空自动切换等。

3.2.2 停车顺序控制

合成炉停车顺序控制逻辑如图2所示。

图2 氯化氢合成炉停车顺序控制逻辑图Fig.2 Sequence control logical diagram of hydrogen chloride synthetic furnace shutdown

(1)合成炉出酸自动切换。

合成炉正常运行时，出酸去成品酸槽切断阀ZV_7A212A打开，去不合格酸切断阀ZV_7A211A关闭；当合成炉停车时，系统检测到氯气切断阀ZV_7A104A、氢气切断阀ZV_7A102A关闭，两个火焰检测器BT_7A101A、BT_7A102A同时熄灭，就自动将盐酸去不合格酸槽的切断阀ZV_7A211A打开，去成品酸槽的切断阀ZV_7A212A关闭，避免停车过程中产生的不合格酸进入成品酸罐。

(2)合成炉尾气放空正负压切换。

合成炉停车时，自动将合成炉负压放空阀ZV_7A107A打开，启动风机C_7A101A，风机变频SIC_C7A101A由30%开至70%；正压放空阀ZV_7A106A关闭。

(3)合成炉吸收水流量自动控制。

合成炉停车时，系统检测到吸收水流量计调节阀FIC_7A103A OR FIC_7A106A开度设定值≥1%，而实际开度≥0.5%，这时，将吸收水量设定为1 m3/h，持续900 s后，关闭吸收水。

4 改造结果

(1)操作量大大减少。合成炉平均每100 m3/h负荷调整，内操须操作30次，APC系统投用后，仅操作1次；合成炉开停车平均操作数285次，顺控程序投用后，仅操作1次。

(2)成品酸合格率由96%提高至99%；改造前开停车不合格酸产量平均每次约10 t，现降低至4 t以下，不合格盐酸的量大大降低。

(3)没有发生因过氯引起的质量问题。

5 结语

盐酸合成过程APC技术投用以及开停车控制系统升级改造后，提高了盐酸合成炉运行的安全系数，减少了停车时引起的低质量盐酸量，降低了人员操作量，表现出较强的技术创新能力，达到了系统升级改造的目的，取得了较好的经济效益，为建立智能工厂奠定了良好的基础。