浅谈化工企业离心机的氮气保护自动控制系统

赵静　孙钰翔

摘要：离心机作为通用的过滤分离设备，在化肥、化工、炼油、制药、食品和国防等工业中应用相当广泛。由于离心机所处理的物料种类繁多，而且许多是易燃易爆的物料（如甲苯、丙酮、乙醇等有机溶剂），其引起燃烧爆炸事故的可能性就相应较高。同时因其转速极高，高速旋转时容易产生并积聚静电，遇可燃物料及适宜环境条件极易引发燃烧爆炸事故；若操作不慎或违章作业，与转动着的离心机转鼓内的物料接触，也易引发手指、手臂截断等人身伤害事故的发生。此外，由于种种原因引起的转鼓破裂、转鼓位移、人孔盖板飞出等也会造成严重的人员伤亡事故。因此离心机在运行过程中的安全性成为首要关注的问题。

关键词：化工企业；离心机；氮气保护自动控制系统

离心机常见的事故类型有燃烧爆炸、操作失误、机械伤人、腐蚀致使转鼓破裂和异常振动等，其中燃烧爆炸极易引起群死群伤事故，对此，公司设立专项研究项目以消除、解决离心机运行过程中此类事故的发生。根据《离心机安全要求》JB 8525-1997[1]要求，其中5.4.1条处于密闭、易燃、易爆环境或潮湿环境下工作的离心机，应符合密闭、防燃、防爆、防湿等有关标准或法规的要求。其中，要做到防燃、防爆，就首先应了解产生燃烧乃至爆炸的条件。

1 产生燃烧爆炸的要素及预防措施

产生爆炸的三个要素为温度、火源、氧气，防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论，即防止可燃物质化学性爆炸全部技术措施的实质，就是制止化学性爆炸三个基本条件的同时存在。其中：（1）温度，对于具体的某一介质，无论是液相还是气相，在进行工艺设计时应考虑离心机工作温度，这主要取决于工艺条件，一般不易改变；（2）火源，在离心机设计时，对于运动件应用足够的安全空间，以消除可能产生的机械摩擦和撞击，同时，机器必须有消除静电的措施。对于制动装置，不得采用机械摩擦式制动装置，一般均采用电器能耗制动的形式；（3）氧气，一般采用惰性气体保护，通过向离心机内部充入氮气置换里面的空气，从而使氧气浓度维持在安全范围之内。

根据以上内容，我公司采取向离心机内部通氮气保护的方法提高离心机工作的安全系数。以前，我公司的做法是在离心机上盖设置一个氮气进气口，一个氮气出气口，在离心机工作时向离心机内腔持续充氮气。至于氮气浓度能否达到安全范围则没有定量的控制，因此，其氮气保护的可靠性很差。

鉴于该问题，我公司对离心机的氮气保护系统进行改进，增加氧含量的检测、显示装置，对运行过程中的离心机内腔氧气浓度进行实时检测、定量控制，使氧含量控制在安全范围以内。

2 氮气保护自动控制系统的组成

离心机氮气保护自动控制系统主要由PLC、氧含量变送器、气体采样泵、气源三联体、高低压两条氮气管路（以下称大氮气、小氮气）、声光报警器组成。各部分功能介绍如下：

2.1 PLC，整套系统工作的中枢，由氧含量变送器、电控换向阀等外部传输的信号控制整套系统的工作。

2.2 氧含量变送器实时检测离心机内部氧气含量，当检测到离心机内氧含量低于6%时可以启动离心机，若离心机内氧含量高于6%则不能启动离心机。离心机启动后，小氮气阀门自动打开向离心机内通氮气，离心机在运行过程中，当氧含量高于8%时，大氮气阀门自动打开，加大氮气进气量，同时发出警报。如果加大氮气进气量后氧含量继续上升并且超过10%时，离心机会自动停机。同时，声光报警器进行报警，提醒操作人员该处有故障请及时进行检查。

2.3 气体采样泵使进入离心机内腔的氮气与空气进行混合后将气体吸至氧含量变送器传感器处，检测离心机内部氧气含量，使检测数值更加准确。

2.4 气源三联体，过滤气体中的水分、杂质粉尘，使氧含量变送器检测的气体是干燥、洁净的，延长氧含量变送器传感器的寿命。

2.5 大氮气、小氮气两条管路，由电控换向阀控制，根据氧含量变送器检测的数据开启或关闭氮气管路。几部分组成的简单示意图如图1所示：

3 接线原理图

氮气保护自动控制系统与原有离心机控制箱的接线图，如图2。

4 系统操作及实现功能

在离心机操作过程中，依次按下离心机电源按钮和充氮气按钮，大氮气阀门自动打开，开始向离心机内充氮气。当离心机内氧含量低于6%时启动离心机，若离心机内氧含量高于6%则离心机不能启动。当离心机启动后，小氮气阀门自动打开向离心机内通氮气，离心机在运行过程中，当氧含量高于8%时，大氮气阀门自动打开，加大氮气进气量，同时发出警报。如果加大氮气气量后氧含量继续上升并且超过10%时，离心机会自动停机。

停离心机时，按下离心机制动按钮，10分钟后小氮气和氧含量检测泵停止工作。注：如果此时需开起离心机盖，应按下充氮气按钮，停止氧含量报警装置的电源系统或按下离心机总电源，停止整套报警系统的电源。

5 结束语

通过近两年的运行，有效的控制了离心机单元操作过程的危险因素，降低了风险等级，离心机事故事件数量及态势明显降低，成效显著。目前已在本地区同行业之间推广运用。

参考文献

[1]《离心机安全要求》 JB8525-1997