| 配料系統設計 | 2020-01-28 |
| 通過對工藝配料系統分析，掌握氯化工藝的主要控制點，確定控制及聯鎖方案，進行自動配料系統控制配料研究，為氯化工藝的自動配料系統改造工藝提供技術支撐，并提供保證控制配料系統安全的資料。 1配料系統工藝流程概述 本文研究的配料系統工藝主要采用硫黃催化醋酸氯化、氯化液結晶、離心分離母液得成品的間斷氯化配料系統工藝。 1．1氯化工序 該工序以液氯和醋酸為原料，醋酸來自于醋酸儲罐，泵入醋酸計量罐中，計量罐中的醋酸計量后利用位差壓入氯化反應釜。外購氯氣經過氯氣緩沖罐后再經流量計控制流量進入氯化反應釜中，與反應釜中的醋酸在硫黃催化劑催化作用下發生氯化反應，其主反應方程式為: CH3COOH+Cl2→CH2ClCOOH+HCl 氯氣總管道上氯氣壓力控制在0.2MPa以下。氯化反應溫度控制在96℃±2℃，壓力控制在100kPa以下，氯化通氯流量控制采用步序的控制方式，可以實現手動和自動切換。氯化液的相對密度檢測達到1.35后，停止通氯，氯化液備用。 1．2結晶工序 將備用氯化液抽入結晶釜，在結晶釜內先升溫到85～90℃，啟動攪拌，用冷卻水將料溫降至60℃時，向釜內加入晶種約10kg，關閉冷卻水，自然攪拌降溫，并根據釜內料液情況，再加母液700～800kg。當料溫降至48℃時，開水冷卻直至物料降至25℃時，即可被離心分離使用。 1．3離心分離工序 結晶后物料放入離心機內，在離心機離心作用下，母液與結晶的分離，母液進入母液槽，可以供氯化使用或銷售;分離得到的晶狀經計量包裝即為成品。 2環境特征 （1）工藝設備布置：大多數皆集中在廠房內。 （2）爆炸危險場所劃分：本工藝不含易燃易爆物質，屬于非防暴區。 （3）氣體的泄漏：裝置所處理的原材料和中間產物都是有毒物質，因此在可能泄漏的或聚集的場所應安裝毒性氣體檢測器。 （4）腐蝕性：裝置中存在CL、HCL的存在，因此設備必須防腐和選擇防腐蝕的材料。 3設備選型 （1）在線溫度檢測元件選用熱電阻Pt100，溫度計套管材質采用316L襯F4。 （2）變送器均帶HART協議，壓力變送器接液部件材質：介質具有較強的腐蝕性都采用隔膜壓力表，測量膜片采用相應的耐腐蝕材質316L襯F4。 （3）小管徑氣體流量選用轉子流量計。 （4）控制配料系統的執行單元為調節閥與切斷閥，以電動執行機構為主，閥門型式根據工況而定，調節閥以單座閥為主，控制閥閥體材質應等于或高于管道材質，閥內件根據工藝介質而定。在一些重要的管線上安裝緊急切斷閥，用于緊急狀態或事故狀態下切斷線路。使整個配料系統處于故障安全狀態 4計算機控制配料系統 本裝置的控制由一個獨立的配料系統完成：設置一個控制柜室。工程師室放置在控制柜室旁邊，1臺工程師站；設置一個控制室，操作員站，能獨立處理相應的控制。工程師站可通過OPC連入配料系統調度室，全廠的控制采用總控、分散控制相結合的方式，充分顯示其靈活性。 OPC通訊方式采用標準的C/S通訊結構，第三方可以通過安裝客戶端程序，直接對控制配料系統的數據進行實時讀寫操作。可以通過質量碼來判斷數據的可信度。數據讀取是按照分組進行的，每一組的變量屬性定義一致。 OPC通訊分為以下幾種方式： 定時讀取：程序按照設定的采樣周期定時從OPCSERVER讀取數據。 變化讀取方式：當組內的數據發生變化時，自動啟動從OPCSERVER讀取變化數據。 中斷方式：可以根據程序的要求進行隨時讀取數據，讀取級別高，一般不采用。 寫數據方式：程序根據要求隨時進行寫操作。 UPS備用電源:采用工業在線UPS電源提高電源配料系統的可靠性、可用性，縮短維修、維護時間，使企業產生更大的效益。UPS的基本功能是在斷電的情況下，能夠實現不停電切換，為其他設備繼續供電，同時在電壓不穩時，能夠起到穩定電壓的功能，同時具有抑制電網的電壓沖浪，保證計算機及網絡配料系統的正常工作與數據不受干擾。維持供電時間不少于30分鐘。 5控制方案 ①反應釜的分程控制配料系統： 當反應釜配置好物料后，開始時需要對反應器加熱，以啟動反應過程。反應啟動后，因為化學反應放出大量熱量，為了能使反應持續，穩定地進行下去就必須把反應熱取走。例如在反應釜啟動前，夾套內灌滿冷卻水，然后啟動循環泵，由于反應釜內的溫度低于要求的反應溫度，所以調節器指揮蒸汽閥打開，循環水經過蒸汽加熱以后，變成熱水加熱反應釜，65℃反應開始后，隨著反應熱的逐步放出，將逐步關上蒸汽閥，當反應充分進行后，就把蒸汽閥全關，打開冷卻水閥，把反應熱取走。 ②反應中的流量控制步序配料系統： 根據配料系統工藝，要求反應釜在65℃下通氯氣，通過工控機人機界面檢測反應釜溫度。 步：反應釜溫度65～70℃，反應相對密度為1.03～1.10;通過比較邏輯運算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設定為物料平衡和熱平衡計算得來的數據X1。然后再根據如果溫度超過70℃，密度大于1.10時跳轉到第二步； 第二步：反應釜溫度70～75℃，反應相對密度為1.10～1.2;通過比較邏輯運算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設定為物料平衡和熱平衡計算得來的數據X2。然后再根據如果溫度超過75℃，密度大于1.2時跳轉到第三步； 第三步：反應釜溫度75～80℃，反應相對密度為1.2～1.25;通過比較邏輯運算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設定為物料平衡和熱平衡計算得來的數據X3。然后再根據如果溫度超過80℃，密度大于1.25時跳轉到第四步； 第四步：反應釜溫度80～85℃，反應相對密度為1.25～1.3;通過比較邏輯運算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設定為物料平衡和熱平衡計算得來的數據X4。然后再根據如果溫度超過85℃，密度大于1.3時跳轉到第五步； 第五步反應釜溫度85～102℃，反應相對密度為1.30～1.353。通過比較邏輯運算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設定為物料平衡和熱平衡計算得來的數據X3。然后再根據如果密度大于1.35時反應結束； 保溫反應1h后加入循環母液冷卻結晶，在凝固點以上1～2℃加入晶種，緩慢冷卻至25℃左右，經抽濾或離心分離制得產品。 ③結晶釜的分程控制配料系統： 將備用氯化液抽入結晶釜，在結晶釜內先開蒸汽閥升溫到85～90℃，啟動攪拌，用冷卻水閥1將料溫降至60℃時，向釜內加入晶種約10kg，關閉冷卻水閥1，自然攪拌降溫，并根據釜內料液情況，再加母液700～800kg。當料溫降至48℃時，開水冷閥2卻直至物料降至25℃時，即可被離心分離使用。 ④反應釜壓力監測，正常狀況下壓力為39.997～46.663kPa，當壓力超過59.995kPa時，為非正常狀態，配料系統報警，并設定聯動閥門控制。 5自動配料系統完備度 對照《國家安全監管總局關于公布重點監管的危險化工工藝目錄的通知》，配料系統裝置自動配料系統控制配料系統完備度如下所述。 5．1反應釜溫度和壓力的報警和聯鎖 控制情況:①氯化反應為氣液接觸放熱反應，放熱主導因素為氯氣進量，通過控制氯氣流速可實現控制反應釜溫度。氯化反應釜溫度采用Pt100一體化溫度變送器，通過多回路自適應PID控制算法，控制液氯匯流排出口氣動控制閥開閉，達到控制反應釜溫度的目的。當溫度超過設定值時，自動切斷液氯匯流排出口閥門和氯氣分配器進口管道閥門，同時發出報警信號，通知工作人員關閉液氯鋼瓶閥門。②氯化反應釜壓力信號采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應PID控制算法控制壓力目標值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動控制閥開閉和氯氣分配器控制閥開閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動調節閥配DKZ系列執行器。當溫度超過1次設定值時，發出報警信號，通知工作人員調整氯氣進口管線閥門開閉程度，若工作人員未及時調整或調整未起到作用使釜內壓力繼續升高達到2次設定值時，則給出2次報警信號通知工作人員關閉液氯鋼瓶閥門并自動切斷液氯匯流排出口閥門。③氯氣緩沖罐頂設HR－M1RP2壓力變送器，自適應PID控制算法控制壓力目標值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動控制閥開閉。液氯匯流排出口采用氣動式控制閥。完備度好。 5．2反應物料的比例控制和聯鎖 由于項目采用間接法配料系統，反應簡單且反應溫度溫和，釜內壓力為微正壓，因此不設置比例控制，完備度好。 5．3攪拌的穩定控制 本項目氯化反應不涉及攪拌過程。 5．4進料緩沖器 氣化器后設置緩沖罐(氣液分離器)1臺。完備度好。 5．5緊急進料切斷配料系統 氯化反應釜壓力信號采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應PID控制算法控制壓力目標值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動控制閥開閉及氯氣緩沖罐出口控制閥開閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動調節閥配DKZ系列執行器。完備度好。 5．6安全泄放配料系統 事故狀態下氯氣吸收中和配料系統;氯氣緩沖罐設置A41Y－160P型安全閥，安全閥放散管線先引至泄放緩沖罐再引至堿罐，事故狀態下同時關閉液氯匯流排出口管線閥門;緩沖罐底部設排污閥，排污至事故處理池。完備度好。 5．7可燃和有毒氣體檢測報警裝置 車間、液氯鋼瓶罩棚設置HL－200型氯氣檢測報警器，控制器安裝在車間控制室內，配OLCT20型固定式有毒氣體監測探頭，反應時間＜30s、防護等級IP54，報警音量≥80dB(A)，事故情 況下自動開啟換氣扇軸流風機。完備度好。對照《關于加強重大危險源監督管理工作的指導意見》，重大危險源車間和液氯氣化區均為視頻監控，現場安裝攝像頭，控制室監控，完備度好。 6總結 通過對氯化工藝自動配料系統控制技術研究，可及時、全面、準確地識別反應氯化工藝的各控制點的實時信息，并進行反饋，降低由于人工控制帶來的風險。其分析過程和結果可為后續氯化工藝自動配料系統控制改 造工作提供必要資料參考。 | |
