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为盐酸生产维持稳定的气压

来源:控制工程网2016.06.28阅读 5099

  生产盐酸(HCl)需要在一个燃烧器中混合氢气和氯气。用作原料的这些气体是通过氯碱工艺制造出来的,在被称为电解器反应器中通过电解作用将盐水(NaCl)和氢氧化钠(NaOH)分解。电解器的主要组成部分是阳极和阴极,通过薄膜分隔开。该薄膜对于氢气和氯气喷嘴之间的薄膜两侧的压力差波动非常敏感,因此最重要的工艺参数之一是控制两个喷嘴的气压,从而维持阳极与阴极之间的压力差达到预想值。要想实现薄膜寿命最长并且避免因为一个扰动而带来潜在的工艺安全事故控制工程网版权所有,就一定要一直维持该压力差(请见图1)。


图1:电解器的主要组成部分是阳极和阴极,通过一层薄膜分隔。该薄膜对于压力差波动非常敏感,因此最重要的工艺参数之一是在阴极和阳极之间控制两个喷嘴的气压差使其维持在8 in. WC。图片来源:Neelesh Shah

  位于电解器电解槽室薄膜两侧的气压必须要不断地保持在大约8 in. WC的压力差。一般来说,氯气喷嘴的压力是112 in. WC,而氢气喷嘴的压力是120 in. WC,以保持期望的压力差。使用一个差压控制器可以将其稳定。如果压力差超过安全限值或氯气压力过高,电解槽室会被关闭。过量的氯气压力会通过将气体释放到废气脱氯系统或者应急通气洗涤器(EVS)系统得到缓解。类似的控制工程网版权所有,把氢气释放到烟囱的也可以避免过高的氢气压力(请见图2)。


图2:来自于电解器的两股气流被分别处理,然后在合成燃烧器单元内混合。分流阀可以将两种气体分流到安全区域,防止在气体喷嘴处的压力波动。

  来自于电解器的气流经过处理被送到HCl合成燃烧装置中。注入合成器(一般是美尔森装置)的气体压力应该处于77-80 in. WC之间。
  具有挑战的启动和停机
  快速地启动和关停HCl燃烧器单元会给喷嘴造成压力扰动,这会引发报警并在几秒钟之内暂停工艺。因此,不仅控制并维持为燃烧器单元输送氯气和氢气的喷嘴的气体压力至关重要,而且保证电解器薄膜两侧的压力差也不容忽视。具有多个燃烧器的单元会增加复杂程度。
  流量转移是一种将压力扰动控制在最小的方式。如果燃烧器跳闸并停机,将被那个燃烧器使用的准确的气体量转移到一些其他目标,这样可以减轻或消除喷嘴的压力扰动,这些目标对于氯气来说一般是EVSwww.cechina.cn,对氢气来说是向大气排放的烟囱。
  基本的控制描述
  基本的策略是使用输送到燃烧器气体的流量测量以及位于通往安全区域管线上的节流控制阀的位置,这样经过那个部分打开的控制阀的流量与流向燃烧器的流量相一致。流经节流阀的流量是通过第二个上游断电关闭的开关阀来截断的。开关阀与燃烧器的安全截止阀在电气上连接在一起,所以当燃烧器跳闸时,燃烧器安全截止阀会关闭,分流线上的开关阀会打开。流量经过分流并稳定以后,节流阀慢慢关闭,为正常的压力控制系统留出时间来调整新的流速,这会使进料的浪费控制在最少量。
  详细的控制描述
  每一个HCl燃烧器单元都有一个对应的节流阀以及在每条供应线上的开关阀分流装置。图2展示了两个HCl燃烧器的设置,每一个进料都有两套分流阀装置。燃烧器启动、运行以及停机是至关重要的,所以我们需要更加详细的考虑这些流程。
  燃烧器启动模式一般包括下面几个步骤:
  ●启动流程
  ●氮气吹扫
  ●建立软化水流量/空气流量/再循环酸流量
  ●引燃火焰
  ●主火焰/氢气流量逐渐增加
  ●使用氯气置换空气流量
  ●工艺稳定在正常的水平
  一旦启动流程www.cechina.cn,氢气节流阀逐渐打开到它们预设定的位置,由于燃烧器关闭导致安全截止阀关闭,开关阀保持打开状态。这一步建立了从氢气喷嘴到排放烟囱的氢气流。这是燃烧器的主火焰步骤所要求的流量。
  在主火焰步骤中,氢气安全截止阀打开,氢气流量控制阀打开到预设定的位置,以获得保证主火焰的最小的氢气流量。一旦安全阀打开,分流开关阀关闭,将氢气从烟囱分流到燃烧器。
  正常运行 :一旦所有环节都稳定了,并且HCl燃烧器正常工作,氢气和氯气分流线上的开关阀保持关闭。节流阀跟踪氢气和氯气的流量轨迹并调整其开度到合适的位置。这是依据一个基本的数学方程式:
  Cv = F / (K * SQ RT dP (P))
  该等式包含了变量、流量、有效压降(dP)、上游压力(P)以及节流阀的Cv值。但愿压力可以保持得足够稳定,这样就没有必要为压力和差压变化做持续的补偿了。最初www.cechina.cn,该数学方程式不应该包含压力或差压补偿。这会让Cv与流量的关系简单得多。流量值被用来计算控制阀大小,作为结果的Cv可以确定系数K,从而会为任何流量确定节流阀的Cv值。输出可以将百分比开度转换为4-20毫安的输出。 
  停机或跳闸:只要燃烧器停机或跳闸,燃烧器上的安全截止阀和流量控制阀就会关闭,而且流量分流开关阀会打开。流量分流节流阀已经在正确的位置上,因为在跳闸之前它们就已经根据流向燃烧器的氯气和氢气的流量一直维持在其位置上。这会将可能向上游移动并扰乱电解器的压力波动控制在最小。

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