儀表氣對于化工生產(chǎn)的重要性

安浩龍(陜西黃陵煤化工有限責任公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科技的不斷進步，化工的生產(chǎn)規(guī)模逐步走向大型化、標準化、節(jié)能化、精細化，同時自動化、現(xiàn)代化程度日益提高，那么這些化工生產(chǎn)裝置就離不開儀控系統(tǒng)的參與，生產(chǎn)中，為減少人為操作失誤及勞動強度，化工生產(chǎn)的重要單元設備、閥門都步向自動化，這些自控閥門、設備的儀表執(zhí)行部分按動力源分為電動和氣動兩種，電動的以220V 交流電源為能源；氣動的以潔凈的壓力穩(wěn)定的壓縮空氣為能源[1]。因氣動儀表控制機構(gòu)精密、微小的特性，所以對氣源壓力、質(zhì)量要求非常嚴格，那么壓力穩(wěn)定、純凈度高的儀表氣源對于連續(xù)性非常強的化工生產(chǎn)來說是相當重要的。

1 儀表自控系統(tǒng)對儀表氣源的要求

縱觀各化工生產(chǎn)企業(yè)，因儀表氣源造成中斷生產(chǎn)的比比皆是，其中包括因儀表氣源的供應中斷，氣源帶水，管道內(nèi)有焊渣、鐵銹等。如何避免因為儀表氣源的原因造成化工生產(chǎn)系統(tǒng)的中斷，那么對儀表氣源的選取有以下要求：

(1)氣源能滿足氣動儀表及執(zhí)行機構(gòu)要求的壓力，并且維持穩(wěn)定。一般氣動儀表為0.14MPa，氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)為0.4～0.5MPa。

(2)由于氣動儀表比較精密，其中噴嘴和節(jié)流孔較多，且它們的通徑又較小，所以對氣源的純度要求較高，主要應注意以下幾個方面：

①固態(tài)雜質(zhì)：大氣中灰塵或管道中的銹垢，其顆粒直徑一般不得大于20μm，對于射流元件，該直徑不得大于5μm。

②油：大多單位儀表氣使用的壓縮機為有油潤滑的空氣壓縮機，含油量不得大于15mg/m3。

③腐蝕性氣體：空氣壓縮機吸入的空氣中不得含有SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蝕性氣體，如不能避開，應先經(jīng)洗氣預處理裝置將吸入空氣進行預處理。

④水分：必須嚴格控制氣源濕度，以防在供氣管道及儀表氣路內(nèi)結(jié)露或結(jié)冰。一般可將氣源的壓力露點控制在比環(huán)境最低溫度還低5～10℃的范圍內(nèi)。

2 儀表氣在化工生產(chǎn)中的作用

隨著科技的進步，化工生產(chǎn)逐步走向大型化、智能化。而閥門，作為化工生產(chǎn)的終端控制元件，隨著自動化程度的不斷提高，逐漸由手動演變?yōu)榘胱詣釉俚阶詣樱詣涌刂频拈y門在化工生產(chǎn)中的應用越來越廣泛，相對于手動閥門來說，自動控制閥門的優(yōu)點顯而易見：

(1)減少人為操作失誤。人為操作時，由于精神的不集中、工具的不合理、力度的不均勻等人為原因在操作時造成閥門的誤開、誤關、開關的不合適造成生產(chǎn)系統(tǒng)的波動，嚴重時造成生產(chǎn)系統(tǒng)的中斷，甚至發(fā)生惡性事故。

(2)大大降低了勞動強度。在一套整體的化工生產(chǎn)單元中，多的時候閥門有成百上千個，閥門有大有小，而操作現(xiàn)場又不可能配備很多的操作人員，需要時不時的對生產(chǎn)系統(tǒng)進行調(diào)整，人員勞動強度不可避免的就加大，幾個小時下來，跑動的距離可想而知，而且，人在疲勞的狀態(tài)下很容易出現(xiàn)失誤。

(3)能夠做出快速反應，操作穩(wěn)定簡單。日常操作時，只需在操作臺發(fā)出簡單的指令，便可以達到調(diào)整系統(tǒng)工況的目的，尤其當發(fā)生緊急情況時，需要快速做出反應，爭分奪秒，這些都可以通過儀表控制單元實現(xiàn)。

自動控制閥由閥體、閥內(nèi)件、提供閥門驅(qū)動力的執(zhí)行機構(gòu)以及各種各樣的閥門附件組成，典型的閥門附件由電氣閥門定位器、電磁閥、限位開關、和過濾減壓閥組成，為了控制閥門的響應時間，有的還需加上增速器、阻尼器和快速排放閥等附件。

控制儀表輸出的控制信號輸入至電氣閥門定位器，電氣閥門定位器把4～20mA 的信號轉(zhuǎn)換成氣信號來自動調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)的行程，經(jīng)過反饋系統(tǒng)作用使行程與信號按比例進行變化，從而實現(xiàn)閥門的準確定位與精準操作[2]。那么作為自動控制閥門執(zhí)行機構(gòu)的動力源-儀表氣的身份就顯得尤為重要，儀表氣的穩(wěn)定與否直接決定閥門是否穩(wěn)定、精確控制，從而決定化工生產(chǎn)系統(tǒng)是否平穩(wěn)、安全運行，而儀表氣的質(zhì)量好壞則直接影響控制閥的壽命。

有時儀表氣也可作為運轉(zhuǎn)設備的密封氣、加溫氣，比如在空氣壓縮機中，儀表氣可作為空氣壓縮機的密封氣，防止高壓空氣泄漏的同時軸承初潤滑油的滲出。

儀表氣也可做為膨脹機的密封氣，一是作為增壓端的密封氣，不讓高壓氣漏出。二是做微膨脹端的密封氣，防止低溫氣體泄漏造成軸承潤滑油凍結(jié)，造成機械故障。同時也可防止?jié)櫥蜐B入軸承密封處，進入膨脹機。同時儀表氣也可作為膨脹機的加溫氣，在化工生產(chǎn)單元，膨脹機往往設置有備機，一旦運行機發(fā)生異常或需要保養(yǎng)時停運后，則需要對停運的膨脹機進行加溫，讓內(nèi)部恢復到常溫，則可使用儀表氣作為加溫氣進行加溫，保證膨脹機的正常運轉(zhuǎn)。

3 儀表氣源的改進意見

3.1 從源頭進行控制

因化工生產(chǎn)的特性，空氣中或多或的含有一些SO2、H2S、HCl、NH4、Cl2等腐蝕性氣體，或者有些化工生產(chǎn)廠區(qū)通風條件不好，地勢低洼，空氣濕度比較大，在選擇時，應避開這些地方，應選擇在環(huán)境清潔、通風地區(qū)。實在因地域有限，避不開時，應布置在有害氣體及固體塵埃散發(fā)源的全年最小頻率風向的下風側(cè)，應考慮周圍擴建時可能對此帶來的影響，同時設置通風系統(tǒng)。

3.2 從生產(chǎn)設備、工藝進行優(yōu)化

(1)在儀表空氣壓縮機進口設置過濾器，并定期進行清洗、更換等維護保養(yǎng)。

(2)首先，儀表氣管道應使用鍍鋅管，既經(jīng)濟實惠，同時又能避免管道內(nèi)生銹，將鐵銹渣帶入用戶單元。在儀表空氣壓縮機出口管道設置精密過濾器，若是帶油的壓縮機，則利用出口精密過濾器主要除掉油份，若是干式無油的壓縮機，則利用出口過濾器主要除掉水分、灰塵、雜質(zhì)等，在精密過濾器底部設置排污口，通過定時排污和定期檢查、更換濾芯保證儀表氣源的品質(zhì)。

其次，在壓縮機出口過濾器后設置儀表氣緩沖罐，高徑比應設置合理，能夠保證儀表氣在進入緩沖罐后有足夠的空間和時間完成降速、油及雜質(zhì)的分離、沉降，而后儀表氣從頂部排出(切勿將出口管設置在底部，以免將沉降下來的油份、雜質(zhì)又帶出)。同時在儀表氣緩沖罐底部增加排污口，定時打開閥門排出沉積在儀表氣緩沖罐底部的油份、雜質(zhì)等。

最后，在儀表氣出口管道設置前置過濾器，對儀表氣中的油份、雜質(zhì)、水分再次過濾，而后進入分子篩吸附筒，利用吸附的方法除去儀表氣中的水分、油份、SO2等腐蝕性氣體，儀表氣從筒體底部進入(氣流在上部進入時，分子篩表面的承重增加，易造成分子篩的粉化)，上部排出，底部設置分散氣流的裝置，同時讓氣流在筒體底部的空間進行短暫的降速緩沖，讓氣流均勻平穩(wěn)的通過填料層。填料層分為兩層，下部為活性氧化鋁，用以吸收儀表氣中的大部分水分、油份，上部為分子篩(人工合成的晶體鋁硅酸鹽)，主要清除儀表氣中的SO2、H2S、Cl2等腐蝕性氣體，采用活性氧化鋁—分子篩雙床層可將吸附筒的有效工作時間延長25%～30%[3]。設置兩臺分子篩吸附筒，一臺吸附凈化時，另一臺再生，再生分為升壓、并行、加熱、冷吹、降壓，利用吸附凈化后的儀表氣作為再生氣對另一臺吸附筒進行再生，定期進行切換，保證系統(tǒng)的正常運行，分子篩填料2～4 年更換一次。

分子篩在運行過程中，由于分子篩本身強度、氣流的沖擊、裝填不實等造成分子篩的粉化，所以在分子篩吸附筒出口設置后置過濾器，用以除去分子篩粉末，避免帶入管網(wǎng)造成自調(diào)控制閥精密單元噴嘴、節(jié)流孔的堵塞，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

4.3 下游用戶進行規(guī)范使用

(1)在儀表氣系統(tǒng)安裝完工后，對系統(tǒng)、管網(wǎng)進行徹底吹掃，直至打靶確定氣源合格后在使用。

(2)在儀表氣進入每個生產(chǎn)用戶單元總管最低處，最少設置一處倒淋，定時打開導淋排放，檢查是否帶水、是否純凈。

(3)利用每次停車機會，斷開自調(diào)控制閥的儀表氣源管進行檢查，如有水、雜物及時進行清理，并將進入自調(diào)控制閥的儀表氣閥間斷性的打開、關閉吹掃幾次。

4 結(jié)語

因為儀表氣本身使用環(huán)境的特性，所以儀表氣在源頭處就加以選擇控制、而后針對性的進行優(yōu)化工藝、精細操作、定期維護，總之，保證了儀表氣的品質(zhì)，也就延長了自調(diào)控制閥的壽命，節(jié)約了成本，減少了造成生產(chǎn)波動的不穩(wěn)定因素，杜絕了因儀表氣質(zhì)量問題給生產(chǎn)系統(tǒng)造成的影響。

[1]湯學忠，顧福民.儀表控制與氣體分析[M].新編制氧工問答，北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2]毛紹融，朱朔元，周智勇.控制技術及氣體分析[M].現(xiàn)代空分設備技術與操作原理，杭州：杭州出版社，2005.

[3]湯學忠，顧福民.空氣的凈化[M].新編制氧工問答，北京：冶金工業(yè)出版社，2012.