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孔板流量计参与氯化氢石墨合成炉自控及联锁的应用

2019-10-30    

 生产盐酸及聚氯乙烯的原料氯气、氢气的制取均采用合成法。干燥的氯气经稳压阀稳定压力在设定值进入氯气缓冲罐,干燥的氢气经稳压阀稳定在设定值进入氢气缓冲罐,氢气与氯气以设定好的比例值进入合成炉进行燃烧反应,合成氯化氢。合成的氯化氢气体经三段循环水冷却,高温段经热锅炉水冷却,*后温度降到 45 ℃以下。氢气与氯气流量分别自动检测并由比例调节器自动跟踪调节,确保氯氢配比,合成氯化氢。
      多年来,中国合成氯化氢装置一直采用钢制水夹套合成炉、钢制空气冷却管和石墨冷却器,虽然该合成炉制造加工方便,传热效率高且成本低,但由于操作不当等因素,合成炉局部常发生高温腐蚀或低温氢去极化腐蚀。所以,开发出新型的氯化氢合成炉工艺并研究其自控及联锁要求是目前急需解决的问题。
1 氯化氢石墨合成炉工艺简介
该氯化氢石墨合成炉工艺特点是:操作在负压下进行,合成冷却及吸收都在炉内完成。由氢气处理工序来的氢气经氢气稳压阀、氢气缓冲罐稳定压力再经
计量自动阀控制后,与由氯气处理工序来的经氯气稳压阀、氯气缓冲罐稳定压力再经孔板流量计计量自动阀控制的氯气以 1.05∶1 的摩尔比,进入氯化氢合成炉,在灯头上燃烧,生成的HCl 气体从石墨合成炉顶部经冷却器冷却至常温后送 VCM 等工序使用,开、停炉及停用 HCl 时,氯化氢去吸收系统制成盐酸,成品酸从吸收塔底部出来进入盐酸储槽。
      (1)氯化氢石墨合成炉,炉体与石墨换热块之间采用新型密封材料,密封力利用膨胀节、压力补偿等装置消除温度变化时的应力;
      (2)炉体合成段分多段冷却:有石墨接口部分采用循环水或循环纯水冷却,解决了密封垫热膨胀易泄漏问题;
      (3)合成炉高温区采用锅炉给水冷却副产蒸汽,因水质较好,石墨表面不易结垢,既增加了效益,又延长了石墨设备的使用寿命;
      (4)主体石墨部分严格按 A4 类非金属压力容器设计制造,高温高压夹套外壳按 A 类金属压力容器设计制造,设备在公司内组装、试压。
2 自控及联锁要求
      不论采用何种方式制取氯化氢,大部分都采用手动和自动调节氯气和氢气比例。二合一石墨合成炉系统副产蒸汽,实现 DCS 集中控制,自动点火、现场无人值守。
2.1 控制回路说明
控制方案充分考虑了 HCl 合成炉生产特点,可以根据实际生产情况方便灵活地进行手、自动切换,主要包括以下部分。
      (1)氯气、氢气的稳压全自动控制系统平衡离子膜来氯气、氢气及分配,保证进合成炉氯氢压力稳定,避免进合成炉氯氢流量波动。
      (2)氯气和氢气的比值调节系统控制可以从 Cl 2 、H 2 单回路 PID 控制无扰动切换到 Cl 2 、H 2 比值(FFIC)控制。自动实现 Cl 2 流量跟踪调节,避免 H 2 流量及压力波动而产生游离氯。
      (3)吸收水自动控制系统直观地用稀酸温度来控制吸收水流量,达到控制盐酸浓度的目的,避免尾气塔温度过高。
      (4)合成炉自动点火系统
      点火启动为完全独立的单元系统,包括低压高能点火装置、氢气控制装置、空气控制装置及保护装置,当点火成功后发讯给 DCS,由 DCS 控制氢气量的不断加强,点燃大火。点火未成功时,同样发讯给 DCS,由 DCS 再次作开车前的准备。点小火不成功的概率在 1%以下。点火系统需耐腐蚀、耐高温特殊材料设计,具有相对高的使用寿命。采用紫外、等离子、等传导特有的 3 项复合技术手段来保证检测小火的有效性,给安全点燃大火提供强有力的保证。
2.2 自动联锁保护系统
      该装置应设有:氢气压力低、氯气压力低、冷却水流量低、汽包压力、汽包液位、氢气流量与氯气流量比值联锁、在线火焰联锁保护等在线检测保护,当联锁条件满足时,立即执行停车保护程序,进行自动充氮气保护。
      为装置的环保和安全以及保护设备考虑所必须的安全联锁系统,主要包括以下方面。
(1)紧急停车及意外联锁
      可以在发生意外停车时紧急启动联锁,可以根据具体联锁信号使合成炉联锁停车或转换成制酸工艺。
(2)火焰熄灭联锁
      通过火焰探测器对单台合成炉火焰全程监控,发现火焰不正常时及时报警甚至紧急停车。
(3)循环水流量联锁
      保证循环水的压力流量正常供应,当发生异常情况时给予及时的处理。
(4)氮气压力联锁
      保证氮气压力不正常时禁止点炉。
(5)仪表空气及压力联锁
      通过对空气压力全程监控,在仪表空气压力不正常时及时报警,甚至紧急停车。
(6)氯气、氢气及氮气阀门的安全状态联锁
      通过对阀的状态进行监控,发现不正常时报警及禁止点炉。
(7)合成炉顶压力联锁
      通过对合成炉 HCl 出口压力进行监控,发现压力不正常时及时报警,甚至启动紧急联锁停车,或者作相应的紧急处理。
(8)合成炉顶温度联锁
      通过对合成炉 HCl 出口温度进行监控,发现温度不正常及时报警甚至紧急联锁停车。
3 结语
      自控及联锁装置与传统的人工控制方法相比,其控制功能尽可能集中。通过优化工艺路线,使其自动调节系统。为了减小滞后,自动调节阀与合成炉的距离应尽可能的小。数据信号可接入 DCS 实现在线监控。目前,氯化氢石墨合成炉的自控及联锁已经广泛应用于氯化氢的系统装置中。