摘要：介紹了銅冶煉煙氣制酸生產(chǎn)過程中的各類型儀表的選型、安裝和維護(hù)。通過對運行中儀表設(shè)備所出現(xiàn)問題的分析研究以及反復(fù)實踐, 改進(jìn)了傳統(tǒng)儀表設(shè)備使用的缺陷, 以達(dá)到節(jié)省開支、降低維修成本、減少工作強(qiáng)度的目的。

 

　　硫酸作為一種化工原料, 在國內(nèi)市場需求量較大, 但拘于對硫酸產(chǎn)品的安全特殊性要求, 常規(guī)的以人工參與為主的控制方式已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)要求, 因此, 自動化儀表設(shè)備在硫酸生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。硫酸生產(chǎn)過程具有較強(qiáng)的腐蝕性, 儀表硬件設(shè)備運行正常與否、能否達(dá)到控制系統(tǒng)的要求, 直接影響著硫酸生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。同時, 政府對環(huán)境保護(hù)問題越來越重視, 硫酸生產(chǎn)過程中的有毒有害氣體排放也需要自動化儀表設(shè)備的實時監(jiān)測[1]。

 

　　筆者結(jié)合浙江江銅富冶和鼎銅業(yè)有限公司100kt/a粗銅搬遷改造和270 kt/a電解銅一期工程硫酸項目的自動化儀表設(shè)備的選型和使用維護(hù)情況, 對儀表自控系統(tǒng)進(jìn)行介紹。該銅冶煉煙氣制酸項目采用二轉(zhuǎn)二吸生產(chǎn)工藝, 于2013年7月建成試生產(chǎn), 設(shè)計生產(chǎn)能力429 kt/a[以w (H2SO4) 100%硫酸計]。該套系統(tǒng)大量使用溫度、液位、壓力、流量、濃度等帶4~20 m A遠(yuǎn)傳信號的儀表, DCS系統(tǒng)采用浙大中控ECS100系列。在前期的系統(tǒng)運行過程中, 發(fā)現(xiàn)部分現(xiàn)場檢測儀表由于設(shè)計選型不當(dāng), 造成信號不穩(wěn)定甚至腐蝕損壞儀表設(shè)備的現(xiàn)象, 隨后對現(xiàn)場儀表設(shè)備進(jìn)行了一次重新篩選, 對部分儀表選型進(jìn)行了改進(jìn)。

　　1 溫度檢測元器件的設(shè)計及改進(jìn)[2]

 

　　硫酸生產(chǎn)過程中大批量選用熱電偶、熱電阻等溫度檢測元件。由于測量設(shè)備與介質(zhì)直接接觸, 大多又安裝在帶壓設(shè)備上, 所以保護(hù)套管的選型、長短和安裝方式尤為重要。

 

　　1.1 高溫區(qū)域

 

　　在制酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)高溫氣態(tài)介質(zhì)中使用的測溫元件, 常規(guī)設(shè)計多使用分度號為K的熱電偶, 保護(hù)套管選用316L不銹鋼, 法蘭式安裝, 并選用耐高溫的紅木紙板墊片。

 

　　在使用過程中發(fā)現(xiàn), 轉(zhuǎn)化器內(nèi)長度為5 m及3.5 m的熱電偶元件在正常使用3年后均出現(xiàn)不同程度的磨損及難以插入和拔出的情況。由于轉(zhuǎn)化器較高, 更換及檢修具有很大的危險性。經(jīng)多方面考慮, 在二期擴(kuò)建項目硫酸二系統(tǒng)中采用器內(nèi)加裝316L不銹鋼保護(hù)管方式, 增加器體測溫元件的使用壽命及降低該區(qū)域的工作勞動強(qiáng)度。

 

　　1.2 強(qiáng)腐蝕帶壓區(qū)域

 

　　凈化、干吸工序存在稀酸、濃酸及低溫?zé)煔獾葟?qiáng)腐蝕性介質(zhì), 一般設(shè)計均選用不銹鋼熱敷聚四氟乙烯防腐保護(hù)管的鉑熱電阻, 法蘭式安裝方式。用于液體介質(zhì)的選用聚四氟乙烯墊片, 煙氣介質(zhì)選用石棉墊片。保護(hù)套管和墊片的正確選擇與規(guī)范安裝, 能減少腐蝕提高使用壽命。但是硫酸生產(chǎn)中液體介質(zhì)中多含顆粒雜質(zhì), 大多測溫元件又安裝于泵的出口, 聚四氟乙烯保護(hù)管常被損壞, 導(dǎo)致不銹鋼套管與介質(zhì)直接接觸而腐蝕損壞。高溫?zé)煔饨橘|(zhì)遇到停車檢修或工藝不正常, 會形成冷凝酸, 聚集在不銹鋼套管上, 也會引起套管腐蝕損壞。

 

　　凈化系統(tǒng)板式換熱器進(jìn)出水溫、干吸濃酸換熱器進(jìn)出水溫、干吸循環(huán)泵出口酸溫由于設(shè)計選型問題就曾出現(xiàn)過使用過程中保護(hù)套管斷裂脫落的情況。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)問題是由于多方面因素造成: (1) 設(shè)計安裝位置過于靠近設(shè)備本體流體沖刷壓力過大; (2) 設(shè)計選型為普通直桿式, 抗壓性能不足; (3) 設(shè)計保護(hù)管長度過長, 沖壓易折斷。在保證硫酸管道完整、安全、不增加新開孔的原則下, 對上述區(qū)域內(nèi)的所有測溫元件進(jìn)行了改造, 由原有的直桿式改為倒錐式, 并在原有的保護(hù)管基礎(chǔ)上進(jìn)行了相對應(yīng)的縮短。改造后運行2年多時間, 使用情況正常, 再無出現(xiàn)過因硫酸泄漏導(dǎo)致的停車情況。

　　2 壓力檢測元器件的設(shè)計及改進(jìn)

 

　　2.1 設(shè)計選型

 

　　壓力是工業(yè)生產(chǎn)中四大重要工藝參數(shù)之一, 有些物理量 (如溫度、流量及液位) 也常采用間接測量壓力的方法獲得。在硫酸系統(tǒng)中, ***常用的測壓儀表是帶遠(yuǎn)傳的法蘭式智能變送器 (ROSE-MOUNT3051系列) , 凈化與干吸液體介質(zhì)的測量多用隔膜式壓力表, 轉(zhuǎn)化及干吸系統(tǒng)氣體介質(zhì)的測量多采用智能壓力變送器。

 

　　2.2 改進(jìn)

 

　　1) 在一期工程硫酸項目中, 凈化區(qū)域設(shè)計毛細(xì)管雙法蘭變送器選用316L膜片, 運行后相繼出現(xiàn)不銹鋼法蘭被腐蝕, 316L法蘭面出現(xiàn)漏酸事故, 經(jīng)確認(rèn)為膜片材質(zhì)不適應(yīng)工藝條件, 現(xiàn)場安裝不規(guī)范等原因。經(jīng)確認(rèn)后將所有的毛細(xì)管法蘭變送器換成哈氏C合金膜片后, 運行至今未出現(xiàn)膜片被腐蝕現(xiàn)象。

 

　　2) 現(xiàn)場接液面法蘭被腐蝕情況較為嚴(yán)重, 凈化區(qū)域多為玻璃鋼材質(zhì)管道, 安裝法蘭面是現(xiàn)場制作多為不平整面, 為降低漏液腐蝕風(fēng)險的出現(xiàn), 現(xiàn)將所有的接液面法蘭改為整體聚四氟乙烯包裹式, 上述故障解決。

 

　　3) 轉(zhuǎn)化干吸區(qū)域壓力測量均在每個壓力檢測點前加裝一個等通徑的襯聚四氟乙烯碟閥或球閥, 遇到儀表故障需臨時關(guān)閉閥門時不至于影響生產(chǎn)。對于硫酸生產(chǎn)中易產(chǎn)生冷凝酸和酸泥、出現(xiàn)引壓管被腐蝕或堵塞的現(xiàn)象, 將取壓管彎頭朝上安裝, 使冷凝物回流到設(shè)備管道;同時盡量減少引壓管的長度和彎頭數(shù)量, 降低堵塞程度, 還要盡可能地對引壓管和設(shè)備連接處做好保溫處理以減少冷凝現(xiàn)象的發(fā)生。

 

　　3 流量檢測元器件的設(shè)計及改進(jìn)[3]

 

　　3.1 設(shè)計選型

 

　　流量檢測儀表按工作原理分為差壓、浮子、容積式、靶式、渦輪、渦街、電磁、超聲及明渠流量計等, 流量儀表的種類較多, 根據(jù)工藝介質(zhì)與流量范圍合理選擇。

 

　　3.2 改進(jìn)

 

　　1) 一期工程硫酸項目主風(fēng)機(jī)風(fēng)量測量選用比托管式流量計 (EMERSON阿牛巴) , 前期生產(chǎn)中使用效果較穩(wěn)定, 但隨著時間的推移也出現(xiàn)了不少問題, 風(fēng)量顯示值時常亂跳。檢查發(fā)現(xiàn)由于主風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣是由干燥塔直接引過來, 煙氣成份中含有微量的水分, 再加上定期的計劃停機(jī)檢修, 使得插入在管道中的比托管表面粘附一層較厚的綠色酸泥, 嚴(yán)重堵塞了比托管上的測量取樣孔。在后期的改造過程中加裝了定期反吹掃控制箱并結(jié)合每周2次的人工吹掃, 使用了1年多時間, 風(fēng)量顯示值亂跳動情況得以解決。

 

　　2) 一期項目中測酸介質(zhì)的流量計選用的羅斯蒙特品牌電磁流量計。在個別鋼襯聚四氟乙烯管道的安裝位置, 由于管道法蘭與電磁流量計法蘭面安裝了不合適的聚四氟乙烯墊, 造成滲液腐蝕, 后經(jīng)系統(tǒng)停車重新安裝后, 問題得以解決。

 

　　3) 接地問題。一期制酸系統(tǒng)共使用羅斯蒙特品牌電磁流量計24套, 其中溢流堰稀酸流量、廢酸輸送泵出口流量、中水補(bǔ)水流量、原液出口流量、石膏反應(yīng)槽進(jìn)液流量、污水中和進(jìn)液流量、廠區(qū)回水系統(tǒng)流量共計7套配置接地環(huán), 選用的是羅斯蒙特三電極一體式產(chǎn)品。在使用過程中發(fā)現(xiàn)溢流堰稀酸流量計時常出現(xiàn)不規(guī)則的數(shù)據(jù)晃動情況;其余6套產(chǎn)品則使用正常。該問題的出現(xiàn)一時無法解釋原因, 經(jīng)反復(fù)試驗及排查, 發(fā)現(xiàn)該玻璃鋼管道內(nèi)的介質(zhì)除稀酸、水、酸泥外還混合有不定量的金屬離子顆粒, 后改進(jìn)為三電極外加接地環(huán), 問題得以解決。由此可見, 在制酸工藝中出現(xiàn)問題的可能性是多方面的, 需要維護(hù)人員具備極其豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗及故障問題分析處理能力, 一味的按照常規(guī)思路考慮問題也是行不通的。

 

　　4 液位檢測元器件的設(shè)計及改進(jìn)

 

　　常用的液位測量儀表有超聲波液位計、雷達(dá)液位計和遠(yuǎn)傳磁翻板液位計。由于硫酸生產(chǎn)的密閉工藝特殊性, 不能正確反映和控制液位就有可能發(fā)生溢流造成環(huán)境污染或者缺水而損壞設(shè)備情況。一般設(shè)計均在干吸和凈化區(qū)域使用雷達(dá)液位計, 為便于安裝。常在槽蓋上方開孔, 安裝一個帶法蘭的套管, 將液位計裝在套管上。在安裝時要注意雷達(dá)液位計有測量盲區(qū), 需盡量避開;如實在無法避開, 可調(diào)整雷達(dá)液位計的安裝高度及角度, 依據(jù)設(shè)備的回波率, 達(dá)到可接受的***大值。在凈化一級動力波洗滌器和氣體冷卻塔、二級動力波洗滌器的上方由于不能安裝雷達(dá)液位計, 開始設(shè)計是在塔體側(cè)面延伸垂直一套管, 將雷達(dá)探頭裝在套管頂部。使用時因為集液槽內(nèi)霧氣大, 干擾聲波, 而且斜測不能準(zhǔn)確地測量實際液位。通過在實踐工作中不斷的摸索積累經(jīng)驗, 在該管道與雷達(dá)液位計接口法蘭處人為進(jìn)行墊高并開一個排氣孔, 避免了霧氣影響雷達(dá)信號的方向;改造之后儀表運行良好。需要注意的是, 超聲波和雷達(dá)液位計的探頭接觸腐蝕介質(zhì), 要定期對探頭清洗維護(hù)。

 

　　5 酸濃分析儀

 

　　目前, 國內(nèi)硫酸生產(chǎn)中酸濃度的測量多采用電導(dǎo)分析法中的電磁感應(yīng)法。電導(dǎo)傳感器的取樣有兩種方式:采用無電極電導(dǎo)傳感器 (俗稱磁頭) , 將二元液體介質(zhì)取出, 流經(jīng)裝有傳感器的測量槽來測量介質(zhì)的電導(dǎo)率, 即抽出式取樣;不取出酸樣是將傳感器經(jīng)接管或三通插入介質(zhì)流動的管道內(nèi)測量, 即插入式取樣或原位式取樣。該項目實施過程中, 使用DKK硫酸濃度儀, 流通池用水平接管裝在主管道上, 該套儀表內(nèi)部存儲器存有三維運算函數(shù)關(guān)系 (濃度、電導(dǎo)率、溫度) , 比較以往的常規(guī)酸濃檢測儀表具備更高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性, 選用不同的檢測探頭, 其檢測值可從0~2μs/cm到0~20 s/cm的電導(dǎo)率值。傳感器的接觸液體部分材質(zhì)選用PFA即聚四氟乙烯, 具有很強(qiáng)的耐腐蝕性。使用3年多時間, 投運效果良好, 性能穩(wěn)定、日常維護(hù)量小。

 

　　6 結(jié)語

 

　　基于自動化儀表設(shè)備對酸濃的準(zhǔn)確測量和遠(yuǎn)程監(jiān)控, 技術(shù)人員對硫酸生產(chǎn)控制系統(tǒng)及其參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)與優(yōu)化, 使控制系統(tǒng)更加適應(yīng)生產(chǎn)工藝的要求, 充分實現(xiàn)了冶煉煙氣條件下的自動串酸、自動產(chǎn)酸, 保持干吸循環(huán)槽液態(tài)平衡。硫酸生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜, 介質(zhì)腐蝕性強(qiáng), 選擇和安裝儀表的要求嚴(yán)格, 只有加強(qiáng)日常維護(hù)、儀表的穩(wěn)定與準(zhǔn)確計量才能為提高硫酸產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量提供保證。