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| 配料系統(tǒng)設(shè)計(jì) | 2020-01-28 |
| 通過(guò)對(duì)工藝配料系統(tǒng)分析，掌握氯化工藝的主要控制點(diǎn)，確定控制及聯(lián)鎖方案，進(jìn)行自動(dòng)配料系統(tǒng)控制配料研究，為氯化工藝的自動(dòng)配料系統(tǒng)改造工藝提供技術(shù)支撐，并提供保證控制配料系統(tǒng)安全的資料。 1配料系統(tǒng)工藝流程概述 本文研究的配料系統(tǒng)工藝主要采用硫黃催化醋酸氯化、氯化液結(jié)晶、離心分離母液得成品的間斷氯化配料系統(tǒng)工藝。 1．1氯化工序 該工序以液氯和醋酸為原料，醋酸來(lái)自于醋酸儲(chǔ)罐，泵入醋酸計(jì)量罐中，計(jì)量罐中的醋酸計(jì)量后利用位差壓入氯化反應(yīng)釜。外購(gòu)氯氣經(jīng)過(guò)氯氣緩沖罐后再經(jīng)流量計(jì)控制流量進(jìn)入氯化反應(yīng)釜中，與反應(yīng)釜中的醋酸在硫黃催化劑催化作用下發(fā)生氯化反應(yīng)，其主反應(yīng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)切換。氯化液的相對(duì)密度檢測(cè)達(dá)到1.35后，停止通氯，氯化液備用。 1．2結(jié)晶工序 將備用氯化液抽入結(jié)晶釜，在結(jié)晶釜內(nèi)先升溫到85～90℃，啟動(dòng)攪拌，用冷卻水將料溫降至60℃時(shí)，向釜內(nèi)加入晶種約10kg，關(guān)閉冷卻水，自然攪拌降溫，并根據(jù)釜內(nèi)料液情況，再加母液700～800kg。當(dāng)料溫降至48℃時(shí)，開(kāi)水冷卻直至物料降至25℃時(shí)，即可被離心分離使用。 1．3離心分離工序 結(jié)晶后物料放入離心機(jī)內(nèi)，在離心機(jī)離心作用下，母液與結(jié)晶的分離，母液進(jìn)入母液槽，可以供氯化使用或銷(xiāo)售;分離得到的晶狀經(jīng)計(jì)量包裝即為成品。 2環(huán)境特征 （1）工藝設(shè)備布置：大多數(shù)皆集中在廠房?jī)?nèi)。 （2）爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分：本工藝不含易燃易爆物質(zhì)，屬于非防暴區(qū)。 （3）氣體的泄漏：裝置所處理的原材料和中間產(chǎn)物都是有毒物質(zhì)，因此在可能泄漏的或聚集的場(chǎng)所應(yīng)安裝毒性氣體檢測(cè)器。 （4）腐蝕性：裝置中存在CL、HCL的存在，因此設(shè)備必須防腐和選擇防腐蝕的材料。 3設(shè)備選型 （1）在線(xiàn)溫度檢測(cè)元件選用熱電阻Pt100，溫度計(jì)套管材質(zhì)采用316L襯F4。 （2）變送器均帶HART協(xié)議，壓力變送器接液部件材質(zhì)：介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性都采用隔膜壓力表，測(cè)量膜片采用相應(yīng)的耐腐蝕材質(zhì)316L襯F4。 （3）小管徑氣體流量選用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 （4）控制配料系統(tǒng)的執(zhí)行單元為調(diào)節(jié)閥與切斷閥，以電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主，閥門(mén)型式根據(jù)工況而定，調(diào)節(jié)閥以單座閥為主，控制閥閥體材質(zhì)應(yīng)等于或高于管道材質(zhì)，閥內(nèi)件根據(jù)工藝介質(zhì)而定。在一些重要的管線(xiàn)上安裝緊急切斷閥，用于緊急狀態(tài)或事故狀態(tài)下切斷線(xiàn)路。使整個(gè)配料系統(tǒng)處于故障安全狀態(tài) 4計(jì)算機(jī)控制配料系統(tǒng) 本裝置的控制由一個(gè)獨(dú)立的配料系統(tǒng)完成：設(shè)置一個(gè)控制柜室。工程師室放置在控制柜室旁邊，1臺(tái)工程師站；設(shè)置一個(gè)控制室，操作員站，能獨(dú)立處理相應(yīng)的控制。工程師站可通過(guò)OPC連入配料系統(tǒng)調(diào)度室，全廠的控制采用總控、分散控制相結(jié)合的方式，充分顯示其靈活性。 OPC通訊方式采用標(biāo)準(zhǔn)的C/S通訊結(jié)構(gòu)，第三方可以通過(guò)安裝客戶(hù)端程序，直接對(duì)控制配料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀寫(xiě)操作?？梢酝ㄟ^(guò)質(zhì)量碼來(lái)判斷數(shù)據(jù)的可信度。數(shù)據(jù)讀取是按照分組進(jìn)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(shí)讀?。撼绦虬凑赵O(shè)定的采樣周期定時(shí)從OPCSERVER讀取數(shù)據(jù)。 變化讀取方式：當(dāng)組內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)從OPCSERVER讀取變化數(shù)據(jù)。 中斷方式：可以根據(jù)程序的要求進(jìn)行隨時(shí)讀取數(shù)據(jù)，讀取級(jí)別高，一般不采用。 寫(xiě)數(shù)據(jù)方式：程序根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 UPS備用電源:采用工業(yè)在線(xiàn)UPS電源提高電源配料系統(tǒng)的可靠性、可用性，縮短維修、維護(hù)時(shí)間，使企業(yè)產(chǎn)生更大的效益。UPS的基本功能是在斷電的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)不停電切換，為其他設(shè)備繼續(xù)供電，同時(shí)在電壓不穩(wěn)時(shí)，能夠起到穩(wěn)定電壓的功能，同時(shí)具有抑制電網(wǎng)的電壓沖浪，保證計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)配料系統(tǒng)的正常工作與數(shù)據(jù)不受干擾。維持供電時(shí)間不少于30分鐘。 5控制方案 ①反應(yīng)釜的分程控制配料系統(tǒng)： 當(dāng)反應(yīng)釜配置好物料后，開(kāi)始時(shí)需要對(duì)反應(yīng)器加熱，以啟動(dòng)反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)啟動(dòng)后，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)放出大量熱量，為了能使反應(yīng)持續(xù)，穩(wěn)定地進(jìn)行下去就必須把反應(yīng)熱取走。例如在反應(yīng)釜啟動(dòng)前，夾套內(nèi)灌滿(mǎn)冷卻水，然后啟動(dòng)循環(huán)泵，由于反應(yīng)釜內(nèi)的溫度低于要求的反應(yīng)溫度，所以調(diào)節(jié)器指揮蒸汽閥打開(kāi)，循環(huán)水經(jīng)過(guò)蒸汽加熱以后，變成熱水加熱反應(yīng)釜，65℃反應(yīng)開(kāi)始后，隨著反應(yīng)熱的逐步放出，將逐步關(guān)上蒸汽閥，當(dāng)反應(yīng)充分進(jìn)行后，就把蒸汽閥全關(guān)，打開(kāi)冷卻水閥，把反應(yīng)熱取走。 ②反應(yīng)中的流量控制步序配料系統(tǒng)： 根據(jù)配料系統(tǒng)工藝，要求反應(yīng)釜在65℃下通氯氣，通過(guò)工控機(jī)人機(jī)界面檢測(cè)反應(yīng)釜溫度。 步：反應(yīng)釜溫度65～70℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.03～1.10;通過(guò)比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來(lái)的數(shù)據(jù)X1。然后再根據(jù)如果溫度超過(guò)70℃，密度大于1.10時(shí)跳轉(zhuǎn)到第二步； 第二步：反應(yīng)釜溫度70～75℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.10～1.2;通過(guò)比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來(lái)的數(shù)據(jù)X2。然后再根據(jù)如果溫度超過(guò)75℃，密度大于1.2時(shí)跳轉(zhuǎn)到第三步； 第三步：反應(yīng)釜溫度75～80℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.2～1.25;通過(guò)比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來(lái)的數(shù)據(jù)X3。然后再根據(jù)如果溫度超過(guò)80℃，密度大于1.25時(shí)跳轉(zhuǎn)到第四步； 第四步：反應(yīng)釜溫度80～85℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.25～1.3;通過(guò)比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來(lái)的數(shù)據(jù)X4。然后再根據(jù)如果溫度超過(guò)85℃，密度大于1.3時(shí)跳轉(zhuǎn)到第五步； 第五步反應(yīng)釜溫度85～102℃，反應(yīng)相對(duì)密度為1.30～1.353。通過(guò)比較邏輯運(yùn)算，在符合該條件的情況下的氯氣流量給定值設(shè)定為物料平衡和熱平衡計(jì)算得來(lái)的數(shù)據(jù)X3。然后再根據(jù)如果密度大于1.35時(shí)反應(yīng)結(jié)束； 保溫反應(yīng)1h后加入循環(huán)母液冷卻結(jié)晶，在凝固點(diǎn)以上1～2℃加入晶種，緩慢冷卻至25℃左右，經(jīng)抽濾或離心分離制得產(chǎn)品。 ③結(jié)晶釜的分程控制配料系統(tǒng)： 將備用氯化液抽入結(jié)晶釜，在結(jié)晶釜內(nèi)先開(kāi)蒸汽閥升溫到85～90℃，啟動(dòng)攪拌，用冷卻水閥1將料溫降至60℃時(shí)，向釜內(nèi)加入晶種約10kg，關(guān)閉冷卻水閥1，自然攪拌降溫，并根據(jù)釜內(nèi)料液情況，再加母液700～800kg。當(dāng)料溫降至48℃時(shí)，開(kāi)水冷閥2卻直至物料降至25℃時(shí)，即可被離心分離使用。 ④反應(yīng)釜壓力監(jiān)測(cè)，正常狀況下壓力為39.997～46.663kPa，當(dāng)壓力超過(guò)59.995kPa時(shí)，為非正常狀態(tài)，配料系統(tǒng)報(bào)警，并設(shè)定聯(lián)動(dòng)閥門(mén)控制。 5自動(dòng)配料系統(tǒng)完備度 對(duì)照《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知》，配料系統(tǒng)裝置自動(dòng)配料系統(tǒng)控制配料系統(tǒng)完備度如下所述。 5．1反應(yīng)釜溫度和壓力的報(bào)警和聯(lián)鎖 控制情況:①氯化反應(yīng)為氣液接觸放熱反應(yīng)，放熱主導(dǎo)因素為氯氣進(jìn)量，通過(guò)控制氯氣流速可實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)釜溫度。氯化反應(yīng)釜溫度采用Pt100一體化溫度變送器，通過(guò)多回路自適應(yīng)PID控制算法，控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開(kāi)閉，達(dá)到控制反應(yīng)釜溫度的目的。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷液氯匯流排出口閥門(mén)和氯氣分配器進(jìn)口管道閥門(mén)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員關(guān)閉液氯鋼瓶閥門(mén)。②氯化反應(yīng)釜壓力信號(hào)采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開(kāi)閉和氯氣分配器控制閥開(kāi)閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配DKZ系列執(zhí)行器。當(dāng)溫度超過(guò)1次設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員調(diào)整氯氣進(jìn)口管線(xiàn)閥門(mén)開(kāi)閉程度，若工作人員未及時(shí)調(diào)整或調(diào)整未起到作用使釜內(nèi)壓力繼續(xù)升高達(dá)到2次設(shè)定值時(shí)，則給出2次報(bào)警信號(hào)通知工作人員關(guān)閉液氯鋼瓶閥門(mén)并自動(dòng)切斷液氯匯流排出口閥門(mén)。③氯氣緩沖罐頂設(shè)HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開(kāi)閉。液氯匯流排出口采用氣動(dòng)式控制閥。完備度好。 5．2反應(yīng)物料的比例控制和聯(lián)鎖 由于項(xiàng)目采用間接法配料系統(tǒng)，反應(yīng)簡(jiǎn)單且反應(yīng)溫度溫和，釜內(nèi)壓力為微正壓，因此不設(shè)置比例控制，完備度好。 5．3攪拌的穩(wěn)定控制 本項(xiàng)目氯化反應(yīng)不涉及攪拌過(guò)程。 5．4進(jìn)料緩沖器 氣化器后設(shè)置緩沖罐(氣液分離器)1臺(tái)。完備度好。 5．5緊急進(jìn)料切斷配料系統(tǒng) 氯化反應(yīng)釜壓力信號(hào)采用HR－M1RP2壓力變送器，自適應(yīng)PID控制算法控制壓力目標(biāo)值，采用限位控制方式控制液氯匯流排出口氣動(dòng)控制閥開(kāi)閉及氯氣緩沖罐出口控制閥開(kāi)閉。液氯匯流排出口及氯氣緩沖罐出口采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配DKZ系列執(zhí)行器。完備度好。 5．6安全泄放配料系統(tǒng) 事故狀態(tài)下氯氣吸收中和配料系統(tǒng);氯氣緩沖罐設(shè)置A41Y－160P型安全閥，安全閥放散管線(xiàn)先引至泄放緩沖罐再引至堿罐，事故狀態(tài)下同時(shí)關(guān)閉液氯匯流排出口管線(xiàn)閥門(mén);緩沖罐底部設(shè)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(cè)報(bào)警裝置 車(chē)間、液氯鋼瓶罩棚設(shè)置HL－200型氯氣檢測(cè)報(bào)警器，控制器安裝在車(chē)間控制室內(nèi)，配OLCT20型固定式有毒氣體監(jiān)測(cè)探頭，反應(yīng)時(shí)間＜30s、防護(hù)等級(jí)IP54，報(bào)警音量≥80dB(A)，事故情 況下自動(dòng)開(kāi)啟換氣扇軸流風(fēng)機(jī)。完備度好。對(duì)照《關(guān)于加強(qiáng)重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，重大危險(xiǎn)源車(chē)間和液氯氣化區(qū)均為視頻監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭，控制室監(jiān)控，完備度好。 6總結(jié) 通過(guò)對(duì)氯化工藝自動(dòng)配料系統(tǒng)控制技術(shù)研究，可及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地識(shí)別反應(yīng)氯化工藝的各控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，并進(jìn)行反饋，降低由于人工控制帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。其分析過(guò)程和結(jié)果可為后續(xù)氯化工藝自動(dòng)配料系統(tǒng)控制改 造工作提供必要資料參考。 | |
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