摘 要：通過(guò)對(duì)氯堿生產(chǎn)中氯化氫轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行不穩(wěn)定的主要因素進(jìn)行分析，從改進(jìn)測(cè)量方式、增加冗余配置、改變聯(lián)鎖邏輯等多方面提出了改進(jìn)方案，提高了氯乙烯轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力依據(jù)。
電石法聚氯乙烯生產(chǎn)工藝是用電石水解產(chǎn)生的乙炔氣體和前燒堿工序產(chǎn)生的氯化氫氣體混合進(jìn)行反應(yīng)生成氯乙烯，再經(jīng)壓縮、精餾獲得高純氯乙烯，供聚合、干燥工序生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂。在氯乙烯生產(chǎn)中， 乙炔和氯化氫以 1∶1.05～1∶1.1 的比例混合后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。在轉(zhuǎn)化工序的聯(lián)鎖程序中，氯化氫總管流量和乙炔總管流量比值高高或是低低、 氯化氫管道出現(xiàn)反向差壓都會(huì)聯(lián)鎖氯化氫總管和乙炔總管切斷閥關(guān)閉。因氯化氫總管、乙炔總管切斷閥的關(guān)反饋信號(hào)為前系統(tǒng)停車(chē)的聯(lián)鎖條件， 引發(fā)前燒堿工序氯化氫生產(chǎn)系統(tǒng)停車(chē)。在以上的控制回路中，當(dāng)出現(xiàn)乙炔和氯化氫流量測(cè)量波動(dòng)、氯化氫管道反向差壓故障、切斷閥誤動(dòng)作等非工藝生產(chǎn)故障時(shí)， 便會(huì)啟動(dòng)聯(lián)鎖程序，造成系統(tǒng)非正常停車(chē)，影響生產(chǎn)安全和穩(wěn)定，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。 本文針對(duì)氯化氫流量測(cè)量裝置精度低、易故障、氯化氫反向差壓測(cè)量不準(zhǔn)確、氯化氫總管切斷閥故障、聯(lián)鎖判據(jù)單一易啟動(dòng)聯(lián)鎖幾個(gè)造成轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行不穩(wěn)定的重點(diǎn)因素進(jìn)行了分析，查找問(wèn)題和故障出現(xiàn)的原因，并針對(duì)問(wèn)題提出了改進(jìn)方案， 提高氯乙烯轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行的穩(wěn)定性，維護(hù)企業(yè)生產(chǎn)安全穩(wěn)定，保證企業(yè)設(shè)備和人員安全。
1 氯乙烯轉(zhuǎn)化工序穩(wěn)定性差的原因分析
1.1 氯化氫流量測(cè)量裝置精度低、易故障
進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序的氯化氫氣體是由前燒堿工序生產(chǎn)的，因工藝特點(diǎn)，前工序生產(chǎn)的氯化氫氣體含有少量水分， 輸送至轉(zhuǎn)化工序的氯化氫管道一般都采用PVC 、 PE 等耐腐蝕材質(zhì)。 目前行業(yè)針對(duì)此工藝狀況，氯化氫氣體的測(cè)量大都采用孔板流量計(jì)， 取壓方式為法蘭取壓。 孔板采用 PVC 材質(zhì)，孔板法蘭、取壓短管采用與管道同材質(zhì)， 安裝時(shí)將孔板法蘭與管道焊接連接。 采用 PVC 材質(zhì)的孔板，受材質(zhì)和加工工藝的影響，孔板易老化變形且測(cè)量精度低，而且這種測(cè)量方式連接處泄漏點(diǎn)多， 容易發(fā)生氯化氫泄漏事故且不易檢修維護(hù)。在使用過(guò)程中，取壓短管受環(huán)境溫度變化的影響易老化，加之本身比較細(xì)，時(shí)常出現(xiàn)取壓短管斷裂，導(dǎo)壓管連接處泄漏等故障，引起測(cè)量波動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)鎖停車(chē)，造成經(jīng)濟(jì)損失，威脅安全生產(chǎn)。
1.2 氯化氫反向差壓測(cè)量不準(zhǔn)確
在氯化氫氣體和乙炔氣體混合過(guò)程中， 當(dāng)出現(xiàn)氯化氫上游來(lái)料流量低或乙炔氣上游裝置乙炔壓縮機(jī)回流系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)回路失效造成乙炔系統(tǒng)壓力升高的非正常工況時(shí)， 如若處理不及時(shí)便會(huì)出現(xiàn)乙炔氣逆流至氯化氫管線的情況， 危及生產(chǎn)安全和造成經(jīng)濟(jì)損失。為了檢測(cè)乙炔氣體是否出現(xiàn)逆流情況，通過(guò)測(cè)量氯化氫孔板前后的差壓來(lái)判斷。 在節(jié)流孔板前后各安裝一臺(tái)壓力變送器， 當(dāng)出現(xiàn)乙炔氣逆流現(xiàn)象時(shí)，孔板后的壓力值大于孔板前壓力值，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，延時(shí)數(shù)秒后聯(lián)鎖投入，氯化氫總管、乙炔總管切斷閥關(guān)閉。 但在實(shí)際測(cè)量中， 因氯化氫管道壓力低，一般為幾千帕，對(duì)測(cè)量?jī)x表的要求較高。 安裝在孔板前后的兩臺(tái)壓力變送器因安裝位置不同， 特別是安裝在室外，受環(huán)境影響大，容易出現(xiàn)測(cè)量偏差，造成差壓值測(cè)量不準(zhǔn)確， 出現(xiàn)誤報(bào)警甚至導(dǎo)致聯(lián)鎖停車(chē)。 而且這種測(cè)量差壓的方式需要對(duì)兩臺(tái)壓力變送器的測(cè)量值做差值， 單臺(tái)出現(xiàn)故障或是測(cè)量不準(zhǔn)確，都會(huì)影響差壓值，測(cè)量穩(wěn)定性差。
1.3 氯化氫總管切斷閥故障
在轉(zhuǎn)化工序聯(lián)鎖邏輯中， 當(dāng)出現(xiàn)氯化氫總管流量和乙炔總管流量比值異常、 氯化氫孔板前后出現(xiàn)反向壓差的情形時(shí)，總管切斷閥聯(lián)鎖動(dòng)作，隨即切斷閥關(guān)信號(hào)聯(lián)鎖上游裝置停車(chē)。由此聯(lián)鎖邏輯分析，氯化氫總管切斷閥關(guān)信號(hào)也是重要的聯(lián)鎖條件。 在生產(chǎn)實(shí)際中，即使氯化氫、乙炔進(jìn)料正常，一旦出現(xiàn)儀表氣源故障、電磁閥失電等單一故障時(shí)，切斷閥也會(huì)故障關(guān)閉，造成裝置停車(chē)，危害生產(chǎn)穩(wěn)定。 限位開(kāi)關(guān)進(jìn)水短路也可能會(huì)將關(guān)反饋信號(hào)送至 DCS ，切斷閥沒(méi)有關(guān)閉也會(huì)造成上游裝置聯(lián)鎖停車(chē)。
1.4 聯(lián)鎖判據(jù)單一易啟動(dòng)聯(lián)鎖
現(xiàn)有氯乙烯轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中氯化氫反向差壓、 氯化氫和乙炔流量比值均為單判據(jù)聯(lián)鎖條件， 存在單臺(tái)儀表?yè)p壞導(dǎo)致的系統(tǒng)聯(lián)鎖停車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。 單個(gè)變送器及導(dǎo)壓管線腐蝕、泄漏、損壞、斷線等故障均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)鎖停車(chē)。
2 改進(jìn)措施
2.1 改變氯化氫流量測(cè)量裝置材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式
2.1.1 選用純金屬材質(zhì)的節(jié)流孔板提高檢測(cè)精度
在差壓式流量測(cè)量中常選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，對(duì)于轉(zhuǎn)化工序氯化氫這種工況流量的測(cè)量可選用標(biāo)準(zhǔn)孔板。 一般用于腐蝕性介質(zhì)測(cè)量的孔板材質(zhì)為聚四氟乙烯等耐腐蝕非金屬材質(zhì)。 這種材質(zhì)的孔板在加工時(shí)，加工精度低，而且受溫度和環(huán)境的影響大，長(zhǎng)時(shí)間使用還會(huì)出現(xiàn)孔板變形，降低測(cè)量精度 [1] 。 為解決非金屬孔板存在的問(wèn)題， 可考慮選用一種合適的金屬材質(zhì)孔板。 通過(guò)查閱金屬耐腐蝕表， 對(duì)加工工藝、材料性質(zhì)、產(chǎn)品價(jià)格等綜合對(duì)比，可將節(jié)流孔板材質(zhì)改為哈氏合金 C 的金屬材質(zhì)，該材質(zhì)對(duì)氯化氫氣體有很好的耐腐蝕性， 且金屬材質(zhì)在進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)開(kāi)口和坡口的加工精度都高于非金屬材質(zhì)， 從根本上解決了孔板精度低、材質(zhì)易老化變形等問(wèn)題。
2.1.2 采用徑距取壓方式提高穩(wěn)定性
標(biāo)準(zhǔn)孔板常用的取壓方式有角接取壓、 法蘭取壓和徑距取壓。 角接取壓和法蘭取壓的取壓位置在環(huán)室或法蘭上， 取壓短管直徑較小， 若為非金屬材質(zhì)，取壓管根部強(qiáng)度低，在安裝或維修時(shí)，易出現(xiàn)根部斷裂的情況。 并且長(zhǎng)時(shí)間安裝在現(xiàn)場(chǎng)， 受環(huán)境影響，也易出現(xiàn)老化斷裂的情況，造成氣體外泄，威脅生產(chǎn)和人身安全。 一般轉(zhuǎn)化工序的氯化氫總管直徑較大，按照一般規(guī)定，當(dāng)管道直徑大于等于 350 mm時(shí)，可選用徑距取壓方式，這種取壓方式的取壓裝置和節(jié)流裝置是分開(kāi)的，取壓孔在管道上，兩個(gè)取壓孔的中心位置分別位于孔板端面的前 1D 處和后 1/2D處， D 為管道的實(shí)際內(nèi)徑。 以DN600 管道為例，徑距取壓節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 1 。
標(biāo)準(zhǔn)孔板前后管段的制作方法簡(jiǎn)單， 可按照?qǐng)D紙尺寸單好制作， 前取壓管段距節(jié)流孔板一個(gè)管道直徑的位置開(kāi)取壓孔， 在取壓孔上焊接鋼制取壓短管及法蘭，整個(gè)裝置做好后進(jìn)行內(nèi)部反襯處理，后取壓管段的制作同前取壓管道。 采取圖 1 的徑距取壓裝置結(jié)構(gòu)從根本上解決了取壓導(dǎo)管老化變性、 易斷裂的問(wèn)題，提高了測(cè)量裝置的穩(wěn)定性。圖 1 的裝置結(jié)構(gòu)，前取壓管道、標(biāo)準(zhǔn)孔板、后取壓管道各部件相對(duì)好立，互不影響，方便安裝更換和維修拆檢。 取壓短接材質(zhì)采用鋼襯，內(nèi)部襯層耐氯化氫氣體腐蝕，本體材質(zhì)為碳鋼，剛度強(qiáng)，不會(huì)出現(xiàn)斷裂情況，結(jié)實(shí)耐用，而且取壓短接直徑較大， 在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)積液和堵塞問(wèn)題，提高了測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
采用上述取壓結(jié)構(gòu)的裝置， 正負(fù)取壓管的過(guò)程連接形式為 DN50 法蘭連接， 可連接高精度的雙法蘭差壓變送器，直接將法蘭用螺栓連接即可，但目前行業(yè)內(nèi)這種變送器的量程為 0~1.0 kPa ，僅在這個(gè)量程范圍內(nèi)可選用，超過(guò)這個(gè)量程就無(wú)法選用。由于轉(zhuǎn)化工序氯化氫總管的差壓值較小，一般為幾千帕，符合這種量程要求的變送器都為差壓配管式， 所以要解決變送器與取壓法蘭連接的問(wèn)題。 變送器與取壓裝置連接示意圖見(jiàn)圖 2 。
變送器接頭選用耐腐蝕的哈氏合金材質(zhì)， 變送器連接法蘭選用 DN50 哈氏合金盲板制作， 中間開(kāi)孔。 導(dǎo)壓管選用 PFA 材質(zhì)，采用壓接的方式與變送器接頭和變送器法蘭相連接。 螺栓、螺母、墊片按一般要求與 DN50 法蘭連接即可。 法蘭式截止閥采用與管道同材的鋼襯材質(zhì)， 可滿足氯化氫氣體的防腐蝕要求。 圖 2 的連接方式解決了配管式差壓變送器與取壓短管的法蘭連接問(wèn)題，且材料結(jié)實(shí)耐用，密封性好，耐腐蝕，解決了原導(dǎo)壓管路老化變性、易斷裂的問(wèn)題，提高測(cè)量裝置的穩(wěn)定性。
2.2 采用差壓變送器測(cè)量氯化氫孔板前后壓力差
氯化氫總管壓力低，孔板前后幾千帕的壓力差，采用兩臺(tái)好立的遠(yuǎn)傳壓力變送器進(jìn)行測(cè)量， 受周?chē)h(huán)境和變送器本身測(cè)量精度的影響， 很容易出現(xiàn)測(cè)量誤差。采用兩臺(tái)壓力變送器測(cè)量，當(dāng)有一臺(tái)變送器出現(xiàn)斷線、測(cè)量波動(dòng)等情況時(shí)，便會(huì)影響正常測(cè)量。
為了解決上述問(wèn)題，采用圖 1 的結(jié)構(gòu)，在前后取壓管道增加一對(duì)取壓孔， 參照氯化氫流量測(cè)量裝置的安裝方式，按照?qǐng)D 2 的連接方式安裝一臺(tái)差壓變送器，用于測(cè)量氯化氫氣體反向壓差。 這樣孔板前后的差壓值通過(guò)差壓變送器內(nèi)部計(jì)算得出， 不受安裝位置和環(huán)境因素的影響， 消除了兩臺(tái)壓力變送器單好測(cè)量的測(cè)量偏差。采用這種測(cè)量方法，測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確，測(cè)量的穩(wěn)定性也得到很大提高。
2.3 降低氯化氫總管切斷閥故障措施
2.3.1 采用電磁閥并接冗余配置方式
一般情況下，切斷閥配有一臺(tái)電磁閥，通過(guò)控制電磁閥得失電控制切斷閥的開(kāi)關(guān)。 氯化氫總管的切斷閥為故障關(guān)的閥門(mén)， 一旦出現(xiàn)電磁閥接線頭松動(dòng)或線頭脫落、電磁閥接線口進(jìn)水、電磁閥線圈燒壞等常見(jiàn)故障，便會(huì)造成電磁閥失電，導(dǎo)致切斷閥意外動(dòng)作，從而引發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)。 為了避免以上情況發(fā)生，可以采用雙電磁閥冗余配置的連接方式，見(jiàn)圖 3 。
圖 3 中，電磁閥 1 的出氣口 B 接電磁閥 2 的排氣口 C ，正常工作狀態(tài)下，兩臺(tái)電磁閥同時(shí)勵(lì)磁，儀表空氣通過(guò)電磁閥 2 為切斷閥供氣。 采用兩臺(tái)電磁閥并接的配置方式， 當(dāng)一臺(tái)電磁閥出現(xiàn)故障或是斷電的情況，另一臺(tái)電磁閥正常工作，氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥不受影響，只有當(dāng)兩臺(tái)電磁閥同時(shí)失電或故障，氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥才會(huì)動(dòng)作， 不會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)電磁閥故障造成的閥門(mén)誤動(dòng)作從而引發(fā)聯(lián)鎖事故的發(fā)生， 系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
2.3.2 采取氣源防誤碰措施
在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，巡檢人員、檢修人員及施工人員在工作過(guò)程中存在誤碰現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)， 尤其是現(xiàn)場(chǎng)施工人員。切斷閥儀表氣管和氣源球閥一旦誤碰，便會(huì)造成閥門(mén)失氣而意外動(dòng)作，破壞生產(chǎn)穩(wěn)定。可以在氣源球閥處懸掛警示標(biāo)牌， 并將氣源球閥位于開(kāi)的位置進(jìn)行綁扎處理，防止人員誤碰。對(duì)于安裝在室外的氯化氫總管切斷閥，可以為閥門(mén)安裝防雨罩，減少雨雪天氣穿線管進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)， 避免閥門(mén)誤動(dòng)作引起聯(lián)鎖停車(chē)事故。
2.4 采取三選二聯(lián)鎖邏輯提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性
現(xiàn)有氯乙烯轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中，氯化氫流量、乙炔流量設(shè)有流量報(bào)警和流量比值調(diào)節(jié)，人員可以及時(shí)響應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)氯化氫和乙炔流量比值高高或是低低時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間聯(lián)鎖投入，切斷閥關(guān)閉，在延時(shí)的時(shí)間段內(nèi)， 如果操作人員處理及時(shí)， 可以避免停車(chē)事故發(fā)生。 但是氯化氫反向壓差的聯(lián)鎖條件比較嚴(yán)格，當(dāng)壓力差出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，延時(shí)幾秒后就投入聯(lián)鎖。當(dāng)用于測(cè)量氯化氫差壓的裝置出現(xiàn)導(dǎo)壓管線腐蝕、泄漏，變送器斷線、進(jìn)水、損壞等故障時(shí)均會(huì)引發(fā)系統(tǒng)聯(lián)鎖，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。
為了解決單一聯(lián)鎖存在的風(fēng)險(xiǎn)， 可以增加測(cè)量設(shè)備，采用三取二的聯(lián)鎖邏輯結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性 [2] 。《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出，當(dāng)一套節(jié)流裝置需要配多臺(tái)差壓變送器時(shí)，可在節(jié)流裝置上開(kāi)多對(duì)取壓孔，但#多不超過(guò) 4 對(duì)。在制作氯化氫孔板的前后直管段時(shí)，開(kāi) 3 對(duì)， 1 對(duì)用于氯化氫流量的測(cè)量， 另外 2 對(duì)用于氯化氫反向壓差的測(cè)量， 這種開(kāi)孔方式和開(kāi)孔數(shù)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。在具體實(shí)施中，測(cè)量氯化氫流量的差壓變送器同測(cè)量反向差壓的兩臺(tái)差壓變送器量程上限設(shè)定一致， 將流量差壓變送器的量程下限由零改為同兩臺(tái)差壓變送器的量程下限， 這樣 3 臺(tái)差壓變送器的量程范圍設(shè)定一致。 原氯化氫流量的測(cè)量和聯(lián)鎖程序保留，不受增加儀表影響。 DCS 在程序上取流量差壓值和兩臺(tái)反向差壓值作為三取二聯(lián)鎖條件。 這種聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)采用 3 個(gè)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量， 對(duì) 3 個(gè)測(cè)量結(jié)果兩兩取值，只要有兩個(gè)測(cè)量值在正常范圍內(nèi)，便不會(huì)啟動(dòng)聯(lián)鎖。 這樣，即使有一臺(tái)儀表出現(xiàn)故障，也不會(huì)造成聯(lián)鎖停車(chē)。 而且， 3 臺(tái)變送器的值還可以相互比對(duì)，及時(shí)提醒維修人員對(duì)儀表進(jìn)行校驗(yàn)。采用這種邏輯結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)的安全性和可用性都得到了很大提高。
3 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，為針對(duì)氯乙烯轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行不穩(wěn)定的常見(jiàn)問(wèn)題給出的技術(shù)解決方案，其中氯化氫流量測(cè)量裝置材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，并可以從根本上解決老化、斷裂、腐蝕等問(wèn)題，同時(shí)該方法也適用于其他大口徑小差壓腐蝕性氣體的測(cè)量，對(duì)此工況的流量?jī)x表選用安裝有很大的指導(dǎo)意義。 另外，在對(duì)電磁閥進(jìn)行冗余配置的同時(shí)，還應(yīng)重視電磁閥本體性能方面的選用，以提高單臺(tái)電磁閥的可靠性，例如一般的電磁閥內(nèi)部接線空間狹小，不利于反復(fù)打開(kāi)密封壓蓋檢查，可選用帶好立接線空間的新型防爆電磁閥，實(shí)現(xiàn)接線端子與機(jī)械動(dòng)作空間的隔離。在腐蝕環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)增加好立防護(hù)箱，將現(xiàn)有過(guò)濾減壓閥、電磁閥等元件進(jìn)行密封防護(hù)，杜絕現(xiàn)場(chǎng)腐蝕環(huán)境對(duì)氣路、線路等的腐蝕隱患，另外，還應(yīng)從設(shè)備管理、設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)等多方面入手解決生產(chǎn)中常見(jiàn)問(wèn)題，維護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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