氯化氢生产系统自动控制的优化

2019-12-02张旭

电子技术与软件工程 2019年6期

文/张旭

氯化氢是现阶段生活中广泛应用的一种工业材料，目前我国氯化氢产量较大，生产效率较高，但是很多氯碱公司氯化氢生产系统自动控制仍然存在问题，致使生产环节存在安全隐患，这在生产中会危害生产人员人身安全以及企业利益，所以对氯化氢生产系统自动控制的优化研究具有鲜明显示意义。

1 氯化氢工业生产流程

在现阶段的工业生产中，对于氯化氢的制取主要应用的是电解法，此种方法在应用过程中，生产成本较低，并且生产周期较短，可以满足大规模的氯化氢制取。电解法生产氯化氢工艺流程可以分为两个步骤：第一个步，将饱和的食盐水进行电解，食盐水在电解的作用下将会产生氢氧化钠、氯气和氢气，具体的化学反应情况可以通过以下方程式呈现：2NaCl+2H2O== 通电==2NaOH+H2↑+Cl2↑。第二步，在得到氢气和氯气之后，将会让二者进入到石英制的燃烧嘴中，并点火燃烧，氢气与氯气在充分燃烧之后，生成氯化氢气体，同时释放出大量的热。此种化学反应可以通过以下反应方程式实现：H2+Cl2=点燃=2HCl。生产过程中需要注意，因为氯气是一种有毒气体，所以在反应过程中需要应用过量氢气进行生产，以此保证氯气充分反应，防止氯气对空气污染。

2 原控制方案

为了使氯化氢的体积分数维持在94%-96%，生产过程中就需要将氯气和氢气的摩尔比控制在1:1.05 和1:1.10 之间，在参考以往仪表数值基础上，氯碱企业将会选用特定的调节阀以及流量计，氯气的流量应用自动控制手阀进行手动控制，氢气进入流量由氢气自动控制阀控制，但是氢气控制阀会根据氯气流量变化不断改变，应用此种形式，实现自动气体进入流量选择，维持合成炉内氯、氢二气配比合理，确保氯化氢的生产纯度。这种方法在实际应用过程中，当流量计发生偏移或者是自动控制阀发生定位偏差，工作人员没有办法做出及时的调节，致使合成炉内反应物配比失调，不仅会降低氯化氢纯度，还会产生安全隐患。

3 优化控制方案

3.1 流量与阀门开度

为了让氯化氢生产系统自动控制更好的发挥作用，需要对生产中的流量和阀门开度进行分析，因为自动控制系统主要是通过对二者数值的监控，来下发报警和生产指令。对于二者正确运行参数的收集，本文选取一台市面上常见的合成炉进行试验，其中合成炉为新采购样本，并且此合成炉设计符合国家安全标准，试验时长为三个月。在三个月期间，试验人员对合成炉运行数据、流量、阀门开度进行了准确记录，之后与原有计算值进行比对，在合理偏差范围内，选取了部分代表数据，可以绘制出流量和阀门开度的函数曲线。通过对函数曲线的分析，可以得到实际气体流量与计算气体流量之间的变化关系，并将此中关系写入到DCS 程序中，为氯化氢生产系统的自动控制提供数据支持，在合理的数据支撑下，原有控制系统对流量和阀门开度的控制就可以更加准确，促进氯化氢生产更加规范，提升整个生产环节质量。

3.2 报警设置

为了进一步优化氯化氢生产系统的自动化控制，本次优化在DCS 程序中加入了报警设置，报警设置的依据就是阀门开度与流量曲线。首先在DCS 程序中设置报警数值,数据波动规定为±2%。当合成炉运行数值不符合阀门开度与流量函数方程，则立即发出报警信号。然后，工作人员接受到报警信息，立即将自动控制转化为手动控制，让阀门开度与流量回归正轨，继续按照函数曲线运行，同时检查各个仪表数值，以此来判断事故发生位置，纠正设备仪表偏差等问题。及时的报警可以避免发生重大安全事故，提升氯化氢生产质量，加强氯碱企业的行业竞争力。

3.3 协同调量措施

氯化氢在燃烧之前需要进行电解，但是电解环节往往会因为设备、整流以及仪表等各种因素发生单槽跳车事故，并且严重情况下，还会发生多槽跳车事故，跳车事故发生之后，很难对系统内部的氢气和氯气进行控制，进而对系统运行产生压力，内部波动将会直接影响氯化氢的产出纯度，对企业生产和发展十分不利。为了维持合成炉内压力不变，传统自动控制系统，需要工作人员在短时间内对各个合成炉进行处理，但是此时操作将会十分复杂，工作需要连续点击鼠标，容易忙中出错，因此，本次优化设计引用了协同调量方法。

协同调量方法需要在DCS 程序中编写好协同调量程序，同时在程序中设置控制模块，通过对几个控制按钮的操作，实现对多个合成炉的调量工作。此形式下的协同调量需要合成炉处于自动控制状态，这样工作人员才能在发生紧急事故时，第一时间进入到控制模块中，本次根据合成炉负载变化情况，选定其中一个合成炉设置-4%、+4%、-1.5%、+1.5%（数值可调）四个按钮，其余合成炉可根据氯气阀门开度设置相应数值，同时被选定的合成炉将会根据串级控制自动调节氢气目标值。