氰尿酸水解工艺的自动化改造

马旭光

（河北冀衡化学股份有限公司）

氰尿酸水解生产的传统操作是由操作工在现场手动操作。现场恒温罐压力（0.2～0.3 MPa）和温度（140～150 ℃）已安装远传信号接到操作间仪表盘上，现场无液位、温度指示仪表。 工艺数据也只显示数据，无数据存储功能，无法为工艺分析提供数据支撑；现场调节、切断采用执行元件，由于缺乏视频监控系统，操作人员需通过恒温罐视镜观察物料的反应情况，然后进行调节；现场人员操作恒温罐时会面临高温、高压、强腐蚀（硫酸）环境，具有一定危害性。 根据国家安全生产的相关要求，操作人员需远离危害环境。 因此，公司组织技术力量对水解工艺进行自动化改造。

1 仪表选型

1.1 阀门

工艺原生产进料阀为铸铁衬氟球阀，使用寿命约半年。 针对氰尿酸浆液物料具有的高温、强腐蚀和易结晶特性，进行水解恒温罐进料阀选型试验。

重庆陶瓷阀门。 阀门结构形式V型，虽然V型球阀调节性较好，但氰尿酸浆液易结晶，会出现堵料现象，法兰密封为陶瓷管，使用一星期左右陶瓷球就可能破裂，法兰面被腐蚀破坏，阀门发生氰尿酸结晶堵塞问题。

针对第1次试验出现的问题， 由天津某厂家制作了一台试验阀门， 为DN65 mm通径陶瓷阀门，法兰密封为陶瓷密封。 试验后解决了阀门堵塞及密封面为直管密封易腐蚀的问题。 但试验过程中阀门球体破裂一次， 阀杆出现腐蚀现象，而且阀门球体密封为浮动硬密封，阀门内腔间隙较大， 出现了氰尿酸结晶致使阀门无法开启的问题。 以上问题说明阀门制造存在质量、阀杆选材、结构不合理的问题。

总结前两次试验出现的问题，由烟台某厂家先后制作了单侧密封陶瓷球阀和PFA+陶瓷球体。单侧密封陶瓷球阀使用时间相对较长（约半年），后由于结晶堵塞，人工开启力矩较大，造成阀体损害；PFA阀座， 碳钢阀体+阀芯陶瓷使用效果较前几次试验阀门的使用时间都有较大的提升，但由于阀体为碳钢衬PFA，长时间使用，由于物料结晶，造成阀体出现划痕，判断使用一两年后容易出现密封不严的情况。

由于阀门接触的物料介质为强腐蚀高温硫酸， 目前工艺普遍认可的金属材料为金属锆，但金属锆材阀门成本较高，经济性欠佳，结合陶瓷的耐高温性、耐腐蚀性及金属锆耐高温和耐强硫酸且机械强度较高的特点，提出阀座采用陶瓷材料、阀芯选用锆材的陶瓷球阀设计方案，即满足工艺特性又满足经济性，目前试验良好。

1.2 液位监控

由于现场反应为搪瓷夹套反应釜，出口没有闲置，且高温、结晶等限制，检测仪表的选型至关重要，直接关系到改造后系统的稳定运行。 由于压力及温度监控已经实际应用，故不作考虑。

液位监控针对物料特性及现场实际情况选用高温雷达液位计，利用反应罐上部闲置出口进行测量，同时把人孔观察口扩大，在视镜外部加装视频监控，使监控倾斜照射液面与罐壁，便于操作人员观察液位。

2 自动控制系统的应用

此次改造主要是要实现操作人员远离恒温罐危险介质、远程精确操作和生产自动化的目标。

本次氰尿酸水解自动化改造采用PLC控制+模拟量采集模块+三维力控组态软件组成的数据检测、控制、监控系统。 把需要压力、液位、流量及阀门等有联锁逻辑的控制参数送入S7-200smart CPU SR60及其扩展模块AM08和AQ04进行数据采集与逻辑控制；对没有工艺控制只有工艺报警的降温罐温度、 液位等参数由DAM-3158模拟量采集模块实现数据采集。 操作界面采用北京三维力控组态软件ForceControl设计（图1），实现了工艺报警、联锁控制、工艺控制、数据记录等控制功能。 力控组态软件与S7-200smart采用以太网通信， 与DAM-3158模拟量采集模块采用RS485通信，实现了数据的采集与通信功能。

图1 氰尿酸水解工艺自控系统主界面

本次改造拟实现的操作远程自动控制，主要针对恒温罐进行。 以一条生产线为例，1#～3#恒温压力调节， 压力恒压调节将根据1#恒温罐内的压力自动调节蒸汽压力， 当3个恒温罐中任何一个的压力超压，则3#罐放空阀打开泄压。为解决1#～2#和2#～3#罐物料管道堵塞问题进行压料操作， 在2#罐和3#罐进口设置蒸汽压料阀。

温度调节。 恒温罐温度通过调节最后一级恒温罐放空阀开度调节蒸汽流速，通过保持恒温罐温度或减少进罐蒸汽流量来控制恒温罐温度。

液位调节。 通过雷达液位计监测恒温罐内的液面情况，从而控制浆液管道自动阀，调节浆液流量，当液位高于设定液位值时打开恒温罐之间的自动阀LCV0102A-/B， 当低于设定液位值则关闭恒温罐间的自动阀LCV0102A-/B。 恒温罐原始开车时曾安装摄像头进行监控，由于高温摄像头使用不久就废弃，改造过程中安装了耐高温摄像头（风冷、水冷却或半导体制冷，耐温范围-50～150 ℃），通过玻璃试镜观察恒温罐内液位实时状况及物料反应情况。

酸浓度调节。1#恒温罐安装硫酸（93%/98%浓酸）自控阀PCV0102A。 由于酸浓度检测设备不好选型， 解决方案是设置硫酸流量计FIC0101和流量调节阀FCV0102A实现恒流量进酸。 根据现场检测酸浓度及时调节硫酸流量。

浆液罐自动控制。 在浆液罐进口管道加装自动控制阀，在罐上加装雷达液位计（由于浆液罐有搅拌，其他液位计不适用），同时将浆液罐液位与进口自动阀联锁，实现液位的自动控制。

降温罐自动控制。两套恒温罐3#罐出口加装4个自动开关阀XV0101a～d，每个自动阀分别控制1-3#/2-6#/7-9#/10-12#降温罐进料， 实现远程操作，以减少工人现场开关阀门的频次，同时降低操作人员的劳动强度。 同时，把降温罐温度及液位远传进行集中采集报警。

此次改造中的难点是，氰尿酸浆液物料的特殊性，易结晶、强腐蚀、高温（约150 ℃），造成阀门材料及型式选择比较困难。 由于恒温罐液位温度较高，并且是在原恒温罐基础上改造，液位计选型较为困难，需选用高温雷达液位计，并验证其可靠性。

此次自控系统改造， 可以选用DCS或PLC控制实施。DCS控制适用于控制点数较多，工艺要求较高的生产控制； 而PLC控制应用于控制点数较少的情况，PLC技术的相关操作比较简单，具有良好的控制效果，在具体的逻辑运算、闭环控制、顺序控制过程中，优势明显。 因此，本次改造选用PLC控制。

3 结束语

氰尿酸物料具有特殊性，而氰尿酸工艺的自动化改造又是首次实施。 改造投运后，系统运行平稳，系统的自动化程度有所提高，同时也改善了操作人员的工作环境，降低了劳动强度，为氰尿酸的生产工作在安全、环保、节能降耗方面积累了宝贵的实践经验。