氯化氫合成工序智能化控制技術的開發及應用

（新疆天業集團天能化工有限公司，石河子市，832000） 王 飛 秦明月 李中華

天能化工有限公司45萬噸/年聚氯乙烯項目中，氯化氫合成工序原有工藝控制主要由人工進行，由于氯化氫生產中送氣、改吸收操作時合成爐、氫氣總管、氯氣總管、氯化氫總管的壓力容易波動，因此要求平穩、安全、快捷完成送氣、改吸收操作。原有的手動控制不能保證時長4分鐘內、爐壓波動≤2kpa的操作要求，且人工操作耗時長、效率低，并且操作步驟多，人工操作影響大，易出現操作失誤造成系統不穩定等問題。針對以上問題，天能化工有限公司通過對操作過程進行全面研究分析，成功開發出氯化氫合成工序智能化控制技術，實現正常生產及異常生產的智能化控制，并形成一套關鍵參數控制、異常工況平穩切換和精準操作的控制系統。

1 氯化氫合成工藝流程介紹

來自氯氫處理崗位干燥后合格的氯氣、氫氣由緩沖罐上調節閥穩壓；經流量計計量后，氯氣經安全閥、支管調節閥點火閥、切斷閥。氫氣經安全閥、支管調節閥、點火閥、切斷閥、氫氣經阻火器與氯氣按Cl2:H2=1:1.05～1.10（體積比）的配比經燈頭進入合成爐燃燒。合成的氯化氫氣體從合成爐的冷卻器底部導出，溫度在40℃以下，進入氯化氫分配臺，送氯乙烯合成工序或去降膜吸收系統制成鹽酸或高純鹽酸。氯化氫氣體經一級降膜吸收器吸收后的剩余氣體，進入二級降膜吸收器再次吸收，不凝氣體由水流噴射器抽入酸循環罐分離放空或自行放空，成品酸從一級降膜吸收器底部導出進入鹽酸貯罐待售。

圖1 氯化氫合成工藝流程圖

2 基于現有DCS系統安全聯鎖方案的設計

2.1 氫氣、氯氣緩沖罐（總管）壓力控制方案的設計

氯化氫合成生產中作為原料氣的氯氣與氫氣配比控制為1:1.05～1.10（體積比），氫氣壓力高于氯氣壓力，才能更好的控制氫氣過量保證氯氣氫氣反應完全，氯化氫純度能得到有效保證。有效控制氫氣、氯氣緩沖罐（總管）壓力，穩定氫氣、氯氣流量是安全生產的必要保證。在現有DCS系統中設置氫氣、氯氣總管壓差聯鎖，通過調節閥，超過設定參數值時自動調節氫氣放空，氯氣去液化。

2.2 運行合成爐超壓方案的設計

合成爐是氯化氫生產中的主要設備，合成爐壓力過高將會直接影響設備長周期的安全穩定運行。設置運行合成爐超壓連鎖，當合成爐內壓力超過設定值時，調節閥組自動調節，控制爐壓小于設定值，同時調節原料氣進氣量，完成操作后提示操作人員查找原因。

2.3 合成爐停車聯鎖系統智能化設計

合成爐運行過程中可由操作人判定生產情況一鍵確認停車，也可由程序設定參數值啟動自動停車程序。停車快速切斷合成爐原料氣，關閉產品氣去往下游工序的通道，將殘余產品氣及爐內的混合氣體切換至吸收系統。該套智能化系統包括單臺合成爐停車和全系統（全部運行合成爐）停車，可根據實際情況選擇一鍵聯鎖停車或者程序自動判斷停車。

2.4 高壓熱水泵備泵聯鎖啟動方案的設計

輔料循環水系統的高壓熱水泵控制系統設置備泵啟動連鎖：在高壓熱水泵運行期間，程序（設定值）判斷運行泵異常，備用泵連鎖自動啟動，泵出口調節閥根據生產所需設定值調節出口壓力、流量。DCS時時監測泵的運行狀態，電流高限，當出現任何情況異常時給出操作指導信息，通知操作工進行預案操作。

2.5 下游崗位異常聯鎖方案的設計

當下游崗位出現異常情況，如發生泄漏（HCL總管壓力直線下降），混合器溫度升高（可能含游離氯），下游崗位異常連鎖自動判定，提示報警后啟動停止送氣，切換改吸收制酸，操作完成后提示操作人員查明原因。

2.6 合成爐安全輔助系統聯鎖方案的設計

增加火焰監測系統，設置合成爐安全輔助系統連鎖，由計算機代替肉眼觀察、反饋、處理火焰顏色、亮度、形狀、頻率等要素。攝像機通過實時監測氯化氫火焰圖像并上傳到PC端，由圖像處理軟件進行圖像識別、對比分析，同時對過氫過氯等異常現象進行報警輸出，并將輸出數據傳給DCS系統，由DCS系統進行報警提示確認后緊急停車。配套自動清洗合成爐視鏡，保持監控畫面的清晰。（詳見圖2）

圖2 合成爐安全輔助系統流程圖

3 基于現有工藝進行智能化改造

3.1 自動調節進爐氫氣、氯氣配比智能化控制技術的研發

在合成爐氯化氫出口增加氯化氫純度在線分析儀，化驗室定期手動做樣分析后與儀器所得數據進行對比校準，氯化氫純度在線分析儀的檢測結果送入DCS，DCS將純度對比計算出反應的體積比，進而反算出所需原料氣的進氣的流量設定值，修正氫氣和氯氣進氣流量設定值，氫氣和氯氣調節閥根據流量設定值自動調節氫氣和氯氣進氣流量。能夠及時準確自動調節合成爐進爐氫氣和氯氣配比。

3.2 送氣和改吸收工序智能化控制技術研發與應用

在原有的合成氯化氫的生產中，送氣和改吸收操作是中控人員將自控閥改為手動模式依靠個人經驗進行閥門加減量操作，人工手動操作送氣和改吸收過程中存在合成爐爐壓波動大，手動調節不及時，系統壓力穩定性差和總管氯化氫壓力小于爐壓等安全問題，不利于提高勞動成產率等不利的實際情況。

在現有DCS控制系統中研發出自動送氣和改吸收控制方式。該套控制程序系統包括單臺合成爐一鍵式送氣、改吸收自動程序和全系統一鍵式（全部運行合成爐）送氣、改吸收自動程序。在實現自動化操作的基礎上增加判定條件及設定參數，更進一步實現DCS自動判斷送氣和改吸收操作的智能化。（詳見圖3）

圖3 冷凝酸智能化控制流程圖

表1 智能化改造前手動操作時間統計表

表2 智能化改造后操作時間統計表

圖4 高純酸送離子膜智能化控制流程圖

通過對送氣和改吸收工序進行智能化改造，為氯化氫合成工序復雜繁瑣的操作縮短了時間，由表1、2可知，將原操作完成時間由7～8min縮短至4min以內。（詳見圖4）

3.3 鹽酸外售系統智能化控制系統的開發

圖5 鹽酸系統自動化控制流程圖

鹽酸屬危險化學品，具有強腐蝕性，現場操作鹽酸設備、閥門等人員危險性高，自動化操作代替了現場手動操作，不僅安全、快速、穩定且減少勞動強度。通過DCS設置程序，設定參數值，實現鹽酸系統中冷凝酸、高純酸、工業酸（外售）輸送的智能化控制。（詳見圖5）

4 結語

通過開發氯化氫合成工序智能化控制技術，氯化氫生產中單臺合成爐及整個系統成功實現一鍵式（智能判定）自動送氣、改吸收的DCS控制目標，取代了原有安全性、穩定性不高的多人手動或半自動的操作方法，滿足時長4min內且爐壓波動≤2kpa的技術指標要求；同時，合成爐安全輔助系統連鎖異常情況判斷、報警、停車均實現在線監測及控制，完全取代人工用眼觀察和判斷，確保生產過程各項數據的及時性和準確性。此外，通過實際應用后，氯化氫合成系統安全性全面提高，避免了異常的環保排放，提高了勞動效率，優化了操作，使企業向智能化工廠邁進了一大步。