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差压式液位变送器在过氧化氢生产装置自控中的应用
发布日期:2017-8-2 11:20:42
  过氧化氢的医用名称又叫双氧水,是过氧化氢溶于水的30%-60%浓度的水溶液,分子式是H2O2。即,一个过氧化氢分子含有两个氧原子。虽然双氧水能够分解成水(H2O)和氧气(O2),但并不是双氧水中“含有高浓度氧气”。双氧水是公认的低毒物质,广泛应用于工业漂白、外科消毒等领域。因为涉及到过氧化氢生产的原料为易燃易爆物,因些对于地氧化氢的生产过程的安全控制及自动化控制水平的提高有极为重要的作用。
      目前,因新技术、新设备、新工艺的不断开拓应用,仪表及自动化设备的迅猛发展,对于过氧化氢装置的自动控制系统也不断发展,并日臻完善。得益于有多套同类装置的设计及应用经验,本文针对差压式液位变送器等自动化控制设备的使用特点,分析了过氧化氢生产装置自动控制系统设计主要改进的几个方面。改进后的方案能够提高装置的自动化水平,节省劳动力,装置的可靠性及安全性得到了保障和提高。
  1.概述
  我院作为蒽醌法生产过氧化氢技术的发源地,在过氧化氢工程化设计方面有着得天独厚的优势。通过多年的工程设计及现场应用经验的积累,自动控制方案不断优化和完善。优化后的设计方案不仅能够提高装置的自动化水平,更好地满足工艺要求,还可以降低生产运行成本,便于日常管理和维护。自控设计方案的优化体现在设计中的个个环节,如自控设备的选型、控制方案的制定、施工方式的选择等,各个环节都要考虑周全。
  2.自控设备选型优化
  自控设备的选用要根据具体生产工艺、测量介质、场所等条件确定,选择既能满足工艺要求又可以降低投资的实用型仪表,如过氧化氢生产装置的自控设备选型优化。
  (1)控制系统的选型优化
  双氧水生产发展相当迅速,而且趋于向大规模、高技术方向发展,对自动化控制提出了越来越高的要求。我院设计的过氧化氢装置从最初年产3600吨(27.5%计)规模发展到今天全国最大的26万吨(27.5%计)规模,控制点数不断增加,控制方案不断改进,并于90年代最早将DCS集散控制系统应用到双氧水装置上,取代最初的盘装仪表控制系统,从低级的单回路控制发展到高级复杂的系统控制及管控一体化,在自动化装备、技术、功能、规模等方面都有了很大提高。
  DCS系统除了完成基本的过程控制,有更丰富的外围接口,可以连接SIS、ITCC、GDS、设备包PLC等系统,中央控制室设公共的硬件平台及以太网接口用于连接全厂管理信息系统,实现了全厂信息系统共享;采用冗余技术与自诊断技术,DCS系统的中央处理器,通信卡件,电源卡件,接口卡件,关键AI/AO卡件及供电单元等冗余配置,提高了系统可靠性;有强大的数据处理能力,可以进行许多复杂的计算,轻松地处理在测量过程当中遇到的线性化处理,自检自校,测量值与工程值的转换以及抗干扰等技术问题;系统编程简单,使控制更加灵活,且系统规模易于扩展,等等。
\(2)现场仪表的选型优化
  过程检测仪表是在工业生产过程中,对工艺参数进行检测、显示、记录或者控制的基础。随着新技术、新设备、新工艺的不断应用,过氧化氢装置的现场仪表选型也在不断优化。
  首先是智能化和数字化仪表的采用,这些检测仪表以嵌入型微型计算机为核心,采用HART协议与DCS通讯,在仪表设备管理站上能够对现场仪表实现远程诊断、远程调校、远程设定、补偿环境因素变化等功能,大大节省了劳动力,提高了工作效率。
  根据多年同类装置的设计经验及现场仪表使用情况反馈,不断调整与改进仪表的选型,以实现更精准的测量与控制,如氧化液一分离、二分离液位测量仪表的选型。一分离、二分离的液位在过氧化氢生产装置中是极为关键的工艺参数,操作不当会引起严重的生产事故。早期采用普通差压变送器进行测量,由于氧化液中的蒽醌低温下会析出造成取压管路的堵塞,故采用蒸汽伴热的方式来保证液位的正常测量。后来设计采用单法兰差压变送器进行测量,省去了蒸汽伴热,减少了施工量,但在某双氧水厂由于工人操作不当出现了氧化液从上取压口进入测量管路的情况,造成液位测量不准。综合现场应用情况的反馈,设计后来采用隔膜密封式双法兰差压变送器,既解决了蒽醌析出造成取压管线堵塞的问题,也不会因操作人员的失误造成液位测量不准,且保证了液位测量的高精度。
  3.控制方案的优化
  根据以往生产装置的运行情况,不断完善控制方案,以提高装置的自动化水平及为安全生产提供更可靠的保障。
  (1)氢化塔补氮方案的优化
  氢化塔压力是关系能否正常生产的重要指标,工艺设置有氢化塔补氮管路以使氢化塔压力稳定在正常操作范围内。早期装置中补氮阀采用手动阀,需要操作人员去现场操作;从国内第一套10万吨装置(由我院设计)开始,补氮阀改为遥控两位阀,可以实现远程控制;在装置运行过程中发现,遥控两位阀补氮太快,会出现氢化塔压力不稳的情况。有了这些应用经验的积累,氢化塔补氮方案优化为采用遥控两位阀并联一路遥控调节阀的方案。正常生产时,通过遥控调节阀补氮;紧急停车时,遥控两位阀联锁打开,向氢化塔内快速充氮,使氢化塔保持在正压,避免空气进入,保证了装置的安全。
  (2)微正压自动调节补氮系统的设置
  氢化液槽、氧化液槽、循环工作液槽是双氧水生产过程中极为重要的3个设备,氢化液槽顶部积聚有氢气,氧化液槽和循环工作贮槽顶部有芳烃蒸汽,系统不稳定时,有可能发生泄压水封里的水倒吸的情况,一旦空气进入可能引发爆炸事故。设计通过在贮槽顶部设一高精度压力变送器,氮气管线上设带智能定位器的气动调节阀,压力变送器与调节阀构成闭环调节回路,使贮槽压力维持在微正压,为安全生产提供了可靠的保障。
  (3)先进过程控制及在线实时优化
  与早期装置相比,增加了氢化尾气在线分析、氧化尾气在线分析、产品浓度在线分析等仪表,并将信号远传至中控室,使操作人员及时掌握生产情况;灌装仪表采用先进的自动定量灌装系统,大大提高了灌装精度和效率,减轻了劳动强度;萃余液分离器、碱沉降器、碱分离器增加遥控排放及摄像头监控,使操作人员在控制室足不出户就可以完成工艺操作;等等。
  4.施工方式优化
  仪表电缆敷设最早采用点对点单根敷设的方式,现场施工量很大。考虑到双氧水装置现场仪表较为集中,设计进行电缆敷设优化,控制室至现场采用单根大对数主电缆,通过接线箱将支线电缆敷设至就近的仪表;对于部分特殊信号仪表,如工业电视控制系统,采用光纤方式将信号送至中控室。优化后的方案不仅可以节省电缆,而且利于施工,便于维护,大大节省了装置的投资。
  5.安全仪表系统(SIS)的采用
  随着过氧化氢生产装置规模日趋大型化,生产装置的密集程度越来越高,对操作、控制及安全的要求也越来越严格。生产过氧化氢所用的原料氢气和重芳烃属于易燃、易爆的危险物料,产品过氧化氢具有很强的氧化性和在一定条件下的分解性,生产过程稍有闪失就会酿成灾难性的事故,造成生产、设备、人员等方面的重大损失。
  我院利用在双氧水技术方面的优势,以及历年来开车运行的装置中总结出来的经验,制定了安全仪表联锁方案,并成为将SIS系统首次成功应用到过氧化氢生产装置中的第一家,到目前为止已成功投运到3套装置中。根据过氧化氢装置的工艺特点选取了几个重要的工位,作为判断生产是否处于安全状态的依据,当过程参数越限或由操作人员按下紧急停车按钮时,系统发出紧急停车信号,系统能自动的产生一系列预先定义的动作,使生产装置安全联锁或停车,阻止危险的发生和事故的扩散,使危害减少到最小。
  6.结论
  正是由于我院在过氧化氢工程化设计方面一直有先进的设计理念,走在行业的前列,才为更优更合理的设计创造了基础条件。过氧化氢自控设计方案经过不断的优化和完善,不仅能够满足工艺操作需求,为生产提供安全可靠的保障,还节省了投资和人力,大大提高了生产效率,为经济效益的增长创造了必备的条件。
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