氯化氢合成炉自动点火的实现

黄润滋，谢仲阳，农春玲

(广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600)

传统合成炉点火方式是点燃点火棒后，把点火棒伸入合成炉内，将火焰放在石英灯头上。点火棒放置位置要合适，此时需要从合成炉炉门处观察火焰燃烧情况和所处位置。若炉内有少量的氯气，会发生反应，点火瞬间将大量往外喷火，严重时会爆炸；由于进炉氢气管内有空气存在，在通入氢气时，若氢气和空气混合比例不当，会生产爆炸，造成人员伤亡、设备损坏。

广西柳化氯碱有限公司(以下简称“柳化氯碱”)氯化氢合成炉采用传统人工手动方式点火，存在重大安全隐患，必须进行升级改造，以保证人身、生产安全。

利用DCS实现合成炉自动点火，操作人员只要按下点火按钮键，系统就会自动发出指令完成一系列自动化点火过程，操作非常便捷。

1 控制系统

自动点火由PLC点火系统完成。PLC点火系统由PLC控制柜、现场点火与气控柜、高压变压器、点火枪、火焰检测器、多级火焰调节等组成。将该PLC自动点火系统引入氯化氢生产控制系统DCS，点火操作和控制在DCS控制室完成。DCS可控制点火，也可通过PLC柜操作面板就地模式控制实现现场氯化氢合成炉点火。

2 自动点火及停车联锁

在DCS上可显示点火状态与进程，图1中自动点火控制界面的整个DCS组态包括3部分：点火条件准备，点火过程，停车联锁。

2.1 点火前准备工作

点炉前，全面检查设备、仪表、管道、阀门、压力是否处于正常状态，由分析人员取样分析炉内的混合气体含氢≤0.4%时合格，且满足工艺条件。

2.2 DCS点火过程

(1)主控打开DCS上的自动点火操作画面，将“就地/远程S-00”按钮切换至“远程”。确认HV-5459(氢气切断阀)和HV-5458(氯气切断阀)关闭后，打开XV-5454(尾气放空开关阀)和FSL-5450(循环水流量开关阀)，关闭XV-5450(炉门开关阀)，条件满足后“允许吹扫”灯常亮。

(2)氮气吹扫。主控设定氮气吹扫时间为180 s，关闭XV-5454(尾气放空阀)，按“吹扫”按钮进行氮气吹扫，完成吹扫后“吹扫完成”灯常亮。

(3)空气补充。设定空气补充时间为600 s，按“空气补充”按钮，则PLC启动程序自动打开XV-5450(炉门开关阀)和关闭XV-5454(尾气放空阀)向合成炉补充空气，直到“空气补充完成”灯常亮，此时，主控人员通知分析人员进行炉内含氢分析(取样时须停下水流泵，负压恢复为常压后取样)。

图1 自动点火控制界面图

(4)炉内含氢分析合格(体积分数≤0.4%)，合成炉具备点炉条件后，主控人员即按“点火允许”按钮，当“点火允许L-31”灯常亮后可进行点炉操作。按“总停S-34”按钮复位，然后按“吹扫点火S-31”按钮进行空气吹扫，吹扫时间约10 s；点火枪吹扫时“点火状态L-32”灯闪烁；吹扫完成后“点火状态L-32”灯常亮，启动内置定时器，到时点火。在此过程中“点火状态L-32”灯由常亮再次变为闪烁,直至点火成功为常亮。“枪火焰状态”灯常亮，表示点火枪点火成功，火焰温度显示“TTI-200”的温度值会逐渐上升，延时适当时间，程序自动打开HV-5459(氢气切断阀)和HV-5458(氯气切断阀)。

此时“氢气切断阀开”指示灯和“氯气切断阀开” 指示灯变为常亮，程序自动打开“氢气小火阀XV-5452”，检测点火信号送入PLC和DCS；如在40 s内未见“L-32点火状态”灯常亮，表示点火失败。如点火失败，则程序自动关闭气控柜内的氢气控制阀、空气控制阀和空气调节阀，关闭高压放电，开启氮气控制阀对燃烧器进行吹扫，吹扫180 s后停止吹扫。再点火时，须对点火装置进行复位，按“总停S-34”，保证重新进行点火的一系列过程。

(5)合成炉中心火焰点燃后(即氢气已燃烧)，火焰温度显示“TTI-200”的温度值会迅速升高到200 ℃左右，“火焰状态L-33”灯常亮，火焰检测器检测到火焰后“火焰状态1”灯和“火焰状态2”灯会分别变为常亮，主控按“开氯气阀S-32”启动按钮，自动打开“氯气小火阀XV-5451”时序检测点火信号。信号有效,点火将顺序进行保持；无效则联锁，主控同时打开FIC-5455(吸收水流量调节阀)加适量吸收水。

(6)通过火焰摄像确认合成炉内氢气和氯气已燃烧，主控分别按“氢气调节阀(电磁阀)”按钮和“氯气调节阀(电磁阀)”按钮，适当调节FIC-5452(氢气调节阀)和FIC-5451(氯气调节阀)开度加大进炉氢气量和氯气量，保证合成炉火焰稳定，同步增加该炉吸收水流量。火焰稳定后，按先后顺序关闭XV-5450(关闭炉门)→开XV-5454(开尾气放空)→关HV-5454(停下水流泵)→按“停点火枪” 按钮停点火枪→合成炉投入“联锁”。

(7)待合成炉提量稳定运行后，按“总停S-34”按钮，点火枪处于安全状态，合成炉主管道氢气与氯气小阀处于安全关闭状态，此时可以退出自动点火操作画面，完成自动点火整个流程。图2为部分DCS自动点火组态图。

图2 部分DCS自动点火组态图

(8)点火枪停止。按S-33可先停点火枪；关闭氢气控制阀,关闭空气控制阀，开启氮气控制阀对点火燃烧器进行吹扫,氮气控制阀始终保持开启，并通过减压阀调节合适的流量(3 m3/h),减压阀出口压力应始终大于合成炉炉内压力。

2.3 停车联锁程序

联锁动作设计如下(联锁逻辑关系如图3所示)：氯气缓冲罐压力PSL_5451D过低联锁报警，氢气缓冲罐压力PSL_5452D过低联锁报警，循环水流量FLS_5450D关闭状态联锁报警，合成炉火焰BE_001D和合成炉火焰BE_002D同时不亮状态联锁报警，合成炉紧急停车按钮按下。满足以上其中一个条件就触发联锁以下动作：①打开氮气切断阀HV_5462D，②氢气调节阀(电磁阀)FSV_5452D失电，③关闭氢气切断阀HV_5459D，④氯气调节阀(电磁阀)FSV_5451D失电，⑤关闭氯气切断阀HV_5458D，⑥打开尾气放空阀HV_5452D。

图3 停车联锁逻辑关系简图

点炉完成后，合成炉工序DCS全部投入联锁状态，以保证合成炉安全运行。火焰检测有2个，确保准确监测到炉内火焰是否正常燃烧，防止误动作引起非正常停炉。

DCS停车联锁组态如图4所示。

紧急停车控制采用DCS操作人员按紧急停车按钮联锁停车，当发生特殊情况，可快速切断合成炉Cl2进气切断阀和H2进气切断阀，开启HV_5462(氮气阀)向合成炉充氮气，逐渐打开HCl去吸收系统的阀门，同时调节FIC_5455(吸收水流量调节阀)，逐渐降低吸收水流量至1 m3/h左右，约5 min后，关闭FIC_5455(吸收水流量调节阀)，充分确保氯化氢完全吸收。

火焰检测采用紫外火焰探测器，为开关量输出，置于合成炉视镜外，主要是防止非正常息炉的情况还进Cl2和H2。

值得注意的是：停炉检修后，在点火前，要检查火焰检测器(关系到点火枪点火是否正常工作)，发现污垢，要及时清理。

图4 DCS停车联锁组态图

3 调试

调试过程出现如下问题。①画面太零散、组态程序错误。经过优化后，效果较好，便于工艺人员操作。②炉内正常情况时，火焰检测器信号经常闪烁，后经厂家更换后，稳定性得到提高。③自动点火停车联锁未能与原HCl生产停车系统衔接，通过沟通,改变工艺流程解决问题。

4 结语

盐酸合成炉PLC自动点火系统与DCS控制相结合，实现了氯化氢合成炉自动点火及联锁控制，点炉时不直接与氢气接触，生产更安全、稳定。