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差壓式液位變送器在過氧化氫生產裝置自控中的應用
過氧化氫的醫用名稱又叫雙氧水,是過氧化氫溶於水的30%-60%濃度的水溶液,分子式是H2O2。即,一個過氧化氫分子含有兩個氧原子。雖然雙氧水能夠分解成水(H2O)和氧氣(O2),但並不是雙氧水中“含有高濃度氧氣”。雙氧水是公認的低毒物質,廣泛應用於工業漂白、外科消毒等領域。因為涉及到過氧化氫生產的原料為易燃易爆物,因些對於地氧化氫的生產過程的安全控製及自動化控製水平的提高有極為重要的作用。
      目前,因新技術、新設備、新工藝的不斷開拓應用,儀表及自動化設備的迅猛發展,對於過氧化氫裝置的自動控製係統也不斷發展,並日臻完善。得益於有多套同類裝置的設計及應用經驗,本文針對差壓式液位變送器等自動化控製設備的使用特點,分析了過氧化氫生產裝置自動控製係統設計主要改進的幾個方麵。改進後的方案能夠提高裝置的自動化水平,節省勞動力,裝置的可靠性及安全性得到了保障和提高。
差壓液位變送器
  1.概述
  我院作為蒽醌法生產過氧化氫技術的發源地,在過氧化氫工程化設計方麵有著得天獨厚的優勢。通過多年的工程設計及現場應用經驗的積累,自動控製方案不斷優化和完善。優化後的設計方案不僅能夠提高裝置的自動化水平,更好地滿足工藝要求,還可以降低生產運行成本,便於日常管理和維護。自控設計方案的優化體現在設計中的個個環節,如自控設備的選型、控製方案的製定、施工方式的選擇等,各個環節都要考慮周全。
  2.自控設備選型優化
  自控設備的選用要根據具體生產工藝、測量介質、場所等條件確定,選擇既能滿足工藝要求又可以降低投資的實用型儀表,如過氧化氫生產裝置的自控設備選型優化。
  (1)控製係統的選型優化
  雙氧水生產發展相當迅速,而且趨於向大規模、高技術方向發展,對自動化控製提出了越來越高的要求。我院設計的過氧化氫裝置從初年產3600噸(27.5%計)規模發展到今天全國大的26萬噸(27.5%計)規模,控製點數不斷增加,控製方案不斷改進,並於90年代早將DCS集散控製係統應用到雙氧水裝置上,取代初的盤裝儀表控製係統,從低級的單回路控製發展到高級複雜的係統控製及管控一體化,在自動化裝備、技術、功能、規模等方麵都有了很大提高。
  DCS係統除了完成基本的過程控製,有更豐富的外圍接口,可以連接SIS、ITCC、GDS、設備包PLC等係統,中央控製室設公共的硬件平台及以太網接口用於連接全廠管理信息係統,實現了全廠信息係統共享;采用冗餘技術與自診斷技術,DCS係統的中央處理器,通信卡件,電源卡件,接口卡件,關鍵AI/AO卡件及供電單元等冗餘配置,提高了係統可靠性;有強大的數據處理能力,可以進行許多複雜的計算,輕鬆地處理在測量過程當中遇到的線性化處理,自檢自校,測量值與工程值的轉換以及抗幹擾等技術問題;係統編程簡單,使控製更加靈活,且係統規模易於擴展,等等。
(2)現場儀表的選型優化
  過程檢測儀表是在工業生產過程中,對工藝參數進行檢測、顯示、記錄或者控製的基礎。隨著新技術、新設備、新工藝的不斷應用,過氧化氫裝置的現場儀表選型也在不斷優化。
  首先是智能化和數字化儀表的采用,這些檢測儀表以嵌入型微型計算機為核心,采用HART協議與DCS通訊,在儀表設備管理站上能夠對現場儀表實現遠程診斷、遠程調校、遠程設定、補償環境因素變化等功能,大大節省了勞動力,提高了工作效率。
  根據多年同類裝置的設計經驗及現場儀表使用情況反饋,不斷調整與改進儀表的選型,以實現更精準的測量與控製,如氧化液一分離、二分離液位測量儀表的選型。一分離、二分離的液位在過氧化氫生產裝置中是極為關鍵的工藝參數,操作不當會引起嚴重的生產事故。早期采用普通差壓變送器進行測量,由於氧化液中的蒽醌低溫下會析出造成取壓管路的堵塞,故采用蒸汽伴熱的方式來保證液位的正常測量。後來設計采用單法蘭差壓變送器進行測量,省去了蒸汽伴熱,減少了施工量,但在某雙氧水廠由於工人操作不當出現了氧化液從上取壓口進入測量管路的情況,造成液位測量不準。綜合現場應用情況的反饋,設計後來采用隔膜密封式雙法蘭差壓變送器,既解決了蒽醌析出造成取壓管線堵塞的問題,也不會因操作人員的失誤造成液位測量不準,且保證了液位測量的高精度。
  3.控製方案的優化
  根據以往生產裝置的運行情況,不斷完善控製方案,以提高裝置的自動化水平及為安全生產提供更可靠的保障。
  (1)氫化塔補氮方案的優化
  氫化塔壓力是關係能否正常生產的重要指標,工藝設置有氫化塔補氮管路以使氫化塔壓力穩定在正常操作範圍內。早期裝置中補氮閥采用手動閥,需要操作人員去現場操作;從國內首先套10萬噸裝置(由我院設計)開始,補氮閥改為遙控兩位閥,可以實現遠程控製;在裝置運行過程中發現,遙控兩位閥補氮太快,會出現氫化塔壓力不穩的情況。有了這些應用經驗的積累,氫化塔補氮方案優化為采用遙控兩位閥並聯一路遙控調節閥的方案。正常生產時,通過遙控調節閥補氮;緊急停車時,遙控兩位閥聯鎖打開,向氫化塔內快速充氮,使氫化塔保持在正壓,避免空氣進入,保證了裝置的安全。
  (2)微正壓自動調節補氮係統的設置
  氫化液槽、氧化液槽、循環工作液槽是雙氧水生產過程中極為重要的3個設備,氫化液槽頂部積聚有氫氣,氧化液槽和循環工作貯槽頂部有芳烴蒸汽,係統不穩定時,有可能發生泄壓水封裏的水倒吸的情況,一旦空氣進入可能引發爆炸事故。設計通過在貯槽頂部設一高精度壓力變送器,氮氣管線上設帶智能定位器的氣動調節閥,壓力變送器與調節閥構成閉環調節回路,使貯槽壓力維持在微正壓,為安全生產提供了可靠的保障。
  (3)先進過程控製及在線實時優化
  與早期裝置相比,增加了氫化尾氣在線分析、氧化尾氣在線分析、產品濃度在線分析等儀表,並將信號遠傳至中控室,使操作人員及時掌握生產情況;灌裝儀表采用先進的自動定量灌裝係統,大大提高了灌裝精度和效率,減輕了勞動強度;萃餘液分離器、堿沉降器、堿分離器增加遙控排放及攝像頭監控,使操作人員在控製室足不出戶就可以完成工藝操作;等等。
  4.施工方式優化
  儀表電纜敷設早采用點對點單根敷設的方式,現場施工量很大。考慮到雙氧水裝置現場儀表較為集中,設計進行電纜敷設優化,控製室至現場采用單根大對數主電纜,通過接線箱將支線電纜敷設至就近的儀表;對於部分特殊信號儀表,如工業電視控製係統,采用光纖方式將信號送至中控室。優化後的方案不僅可以節省電纜,而且利於施工,便於維護,大大節省了裝置的投資。
  5.安全儀表係統(SIS)的采用
  隨著過氧化氫生產裝置規模日趨大型化,生產裝置的密集程度越來越高,對操作、控製及安全的要求也越來越嚴格。生產過氧化氫所用的原料氫氣和重芳烴屬於易燃、易爆的危險物料,產品過氧化氫具有很強的氧化性和在一定條件下的分解性,生產過程稍有閃失就會釀成災難性的事故,造成生產、設備、人員等方麵的重大損失。
  我院利用在雙氧水技術方麵的優勢,以及曆年來開車運行的裝置中總結出來的經驗,製定了安全儀表聯鎖方案,並成為將SIS係統首次成功應用到過氧化氫生產裝置中的首先家,到目前為止已成功投運到3套裝置中。根據過氧化氫裝置的工藝特點選取了幾個重要的工位,作為判斷生產是否處於安全狀態的依據,當過程參數越限或由操作人員按下緊急停車按鈕時,係統發出緊急停車信號,係統能自動的產生一係列預先定義的動作,使生產裝置安全聯鎖或停車,阻止危險的發生和事故的擴散,使危害減少到小。
  6.結論
  正是由於我院在過氧化氫工程化設計方麵一直有先進的設計理念,走在行業的前列,才為更優更合理的設計創造了基礎條件。過氧化氫自控設計方案經過不斷的優化和完善,不僅能夠滿足工藝操作需求,為生產提供安全可靠的保障,還節省了投資和人力,大大提高了生產效率,為經濟效益的增長創造了必備的條件。
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