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(duì)運(yùn)行中儀表設(shè)備所出現(xiàn)問題的分析研究以及反復(fù)實(shí)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(duì)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(dòng)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(yùn)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(shí), 政府對(duì)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(dòng)化儀表設(shè)備的實(shí)時(shí)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(xiàng)目的自動(dòng)化儀表設(shè)備的選型和使用維護(hù)情況, 對(duì)儀表自控系統(tǒng)進(jìn)行介紹。該銅冶煉煙氣制酸項(xiàng)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(jì)生產(chǎn)能力429 kt/a[以w (H2SO4) 100%硫酸計(jì)]。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(hào)的儀表, DCS系統(tǒng)采用浙大中控ECS100系列。在前期的系統(tǒng)運(yùn)行過程中, 發(fā)現(xiàn)部分現(xiàn)場檢測儀表由于設(shè)計(jì)選型不當(dāng), 造成信號(hào)不穩(wěn)定甚至腐蝕損壞儀表設(shè)備的現(xiàn)象, 隨后對(duì)現(xiàn)場儀表設(shè)備進(jìn)行了一次重新篩選, 對(duì)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(jì)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(jì)多使用分度號(hào)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(xiǎn)性。經(jīng)多方面考慮, 在二期擴(kuò)建項(xiàng)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(dòng)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(jì)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(huì)形成冷凝酸, 聚集在不銹鋼套管上, 也會(huì)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(jì)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(jì)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(jì)選型為普通直桿式, 抗壓性能不足; (3) 設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)應(yīng)的縮短。改造后運(yùn)行2年多時(shí)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(jì)及改進(jìn)

 

　　2.1 設(shè)計(jì)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(xiàng)目中, 凈化區(qū)域設(shè)計(jì)毛細(xì)管雙法蘭變送器選用316L膜片, 運(yùn)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(yùn)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(xiǎn)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(gè)壓力檢測點(diǎn)前加裝一個(gè)等通徑的襯聚四氟乙烯碟閥或球閥, 遇到儀表故障需臨時(shí)關(guān)閉閥門時(shí)不至于影響生產(chǎn)。對(duì)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(shí)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(duì)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(jì)及改進(jìn)[3]

 

　　3.1 設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)目主風(fēng)機(jī)風(fēng)量測量選用比托管式流量計(jì) (EMERSON阿牛巴) , 前期生產(chǎn)中使用效果較穩(wěn)定, 但隨著時(shí)間的推移也出現(xiàn)了不少問題, 風(fēng)量顯示值時(shí)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(jì)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(shí)間, 風(fēng)量顯示值亂跳動(dòng)情況得以解決。

 

　　2) 一期項(xiàng)目中測酸介質(zhì)的流量計(jì)選用的羅斯蒙特品牌電磁流量計(jì)。在個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)時(shí)常出現(xiàn)不規(guī)則的數(shù)據(jù)晃動(dòng)情況;其余6套產(chǎn)品則使用正常。該問題的出現(xiàn)一時(shí)無法解釋原因, 經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jì)及改進(jìn)

 

　　常用的液位測量儀表有超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)和遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)。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(jì)均在干吸和凈化區(qū)域使用雷達(dá)液位計(jì), 為便于安裝。常在槽蓋上方開孔, 安裝一個(gè)帶法蘭的套管, 將液位計(jì)裝在套管上。在安裝時(shí)要注意雷達(dá)液位計(jì)有測量盲區(qū), 需盡量避開;如實(shí)在無法避開, 可調(diào)整雷達(dá)液位計(jì)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(jí)動(dòng)力波洗滌器和氣體冷卻塔、二級(jí)動(dòng)力波洗滌器的上方由于不能安裝雷達(dá)液位計(jì), 開始設(shè)計(jì)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(shí)因?yàn)榧翰蹆?nèi)霧氣大, 干擾聲波, 而且斜測不能準(zhǔn)確地測量實(shí)際液位。通過在實(shí)踐工作中不斷的摸索積累經(jīng)驗(yàn), 在該管道與雷達(dá)液位計(jì)接口法蘭處人為進(jìn)行墊高并開一個(gè)排氣孔, 避免了霧氣影響雷達(dá)信號(hào)的方向;改造之后儀表運(yùn)行良好。需要注意的是, 超聲波和雷達(dá)液位計(jì)的探頭接觸腐蝕介質(zhì), 要定期對(duì)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(dòng)的管道內(nèi)測量, 即插入式取樣或原位式取樣。該項(xiàng)目實(shí)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(chǔ)器存有三維運(yùn)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(shí)間, 投運(yùn)效果良好, 性能穩(wěn)定、日常維護(hù)量小。

 

　　6 結(jié)語

 

　　基于自動(dòng)化儀表設(shè)備對(duì)酸濃的準(zhǔn)確測量和遠(yuǎn)程監(jiān)控, 技術(shù)人員對(duì)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(shí)現(xiàn)了冶煉煙氣條件下的自動(dòng)串酸、自動(dòng)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(jì)量才能為提高硫酸產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量提供保證。