氯化氢合成工序智能化控制技术的开发及应用

（新疆天业集团天能化工有限公司，石河子市，832000） 王 飞 秦明月 李中华

天能化工有限公司45万吨/年聚氯乙烯项目中，氯化氢合成工序原有工艺控制主要由人工进行，由于氯化氢生产中送气、改吸收操作时合成炉、氢气总管、氯气总管、氯化氢总管的压力容易波动，因此要求平稳、安全、快捷完成送气、改吸收操作。原有的手动控制不能保证时长4分钟内、炉压波动≤2kpa的操作要求，且人工操作耗时长、效率低，并且操作步骤多，人工操作影响大，易出现操作失误造成系统不稳定等问题。针对以上问题，天能化工有限公司通过对操作过程进行全面研究分析，成功开发出氯化氢合成工序智能化控制技术，实现正常生产及异常生产的智能化控制，并形成一套关键参数控制、异常工况平稳切换和精准操作的控制系统。

1 氯化氢合成工艺流程介绍

来自氯氢处理岗位干燥后合格的氯气、氢气由缓冲罐上调节阀稳压；经流量计计量后，氯气经安全阀、支管调节阀点火阀、切断阀。氢气经安全阀、支管调节阀、点火阀、切断阀、氢气经阻火器与氯气按Cl2:H2=1:1.05～1.10（体积比）的配比经灯头进入合成炉燃烧。合成的氯化氢气体从合成炉的冷却器底部导出，温度在40℃以下，进入氯化氢分配台，送氯乙烯合成工序或去降膜吸收系统制成盐酸或高纯盐酸。氯化氢气体经一级降膜吸收器吸收后的剩余气体，进入二级降膜吸收器再次吸收，不凝气体由水流喷射器抽入酸循环罐分离放空或自行放空，成品酸从一级降膜吸收器底部导出进入盐酸贮罐待售。

图1 氯化氢合成工艺流程图

2 基于现有DCS系统安全联锁方案的设计

2.1 氢气、氯气缓冲罐（总管）压力控制方案的设计

氯化氢合成生产中作为原料气的氯气与氢气配比控制为1:1.05～1.10（体积比），氢气压力高于氯气压力，才能更好的控制氢气过量保证氯气氢气反应完全，氯化氢纯度能得到有效保证。有效控制氢气、氯气缓冲罐（总管）压力，稳定氢气、氯气流量是安全生产的必要保证。在现有DCS系统中设置氢气、氯气总管压差联锁，通过调节阀，超过设定参数值时自动调节氢气放空，氯气去液化。

2.2 运行合成炉超压方案的设计

合成炉是氯化氢生产中的主要设备，合成炉压力过高将会直接影响设备长周期的安全稳定运行。设置运行合成炉超压连锁，当合成炉内压力超过设定值时，调节阀组自动调节，控制炉压小于设定值，同时调节原料气进气量，完成操作后提示操作人员查找原因。

2.3 合成炉停车联锁系统智能化设计

合成炉运行过程中可由操作人判定生产情况一键确认停车，也可由程序设定参数值启动自动停车程序。停车快速切断合成炉原料气，关闭产品气去往下游工序的通道，将残余产品气及炉内的混合气体切换至吸收系统。该套智能化系统包括单台合成炉停车和全系统（全部运行合成炉）停车，可根据实际情况选择一键联锁停车或者程序自动判断停车。

2.4 高压热水泵备泵联锁启动方案的设计

辅料循环水系统的高压热水泵控制系统设置备泵启动连锁：在高压热水泵运行期间，程序（设定值）判断运行泵异常，备用泵连锁自动启动，泵出口调节阀根据生产所需设定值调节出口压力、流量。DCS时时监测泵的运行状态，电流高限，当出现任何情况异常时给出操作指导信息，通知操作工进行预案操作。

2.5 下游岗位异常联锁方案的设计

当下游岗位出现异常情况，如发生泄漏（HCL总管压力直线下降），混合器温度升高（可能含游离氯），下游岗位异常连锁自动判定，提示报警后启动停止送气，切换改吸收制酸，操作完成后提示操作人员查明原因。

2.6 合成炉安全辅助系统联锁方案的设计

增加火焰监测系统，设置合成炉安全辅助系统连锁，由计算机代替肉眼观察、反馈、处理火焰颜色、亮度、形状、频率等要素。摄像机通过实时监测氯化氢火焰图像并上传到PC端，由图像处理软件进行图像识别、对比分析，同时对过氢过氯等异常现象进行报警输出，并将输出数据传给DCS系统，由DCS系统进行报警提示确认后紧急停车。配套自动清洗合成炉视镜，保持监控画面的清晰。（详见图2）

图2 合成炉安全辅助系统流程图

3 基于现有工艺进行智能化改造

3.1 自动调节进炉氢气、氯气配比智能化控制技术的研发

在合成炉氯化氢出口增加氯化氢纯度在线分析仪，化验室定期手动做样分析后与仪器所得数据进行对比校准，氯化氢纯度在线分析仪的检测结果送入DCS，DCS将纯度对比计算出反应的体积比，进而反算出所需原料气的进气的流量设定值，修正氢气和氯气进气流量设定值，氢气和氯气调节阀根据流量设定值自动调节氢气和氯气进气流量。能够及时准确自动调节合成炉进炉氢气和氯气配比。

3.2 送气和改吸收工序智能化控制技术研发与应用

在原有的合成氯化氢的生产中，送气和改吸收操作是中控人员将自控阀改为手动模式依靠个人经验进行阀门加减量操作，人工手动操作送气和改吸收过程中存在合成炉炉压波动大，手动调节不及时，系统压力稳定性差和总管氯化氢压力小于炉压等安全问题，不利于提高劳动成产率等不利的实际情况。

在现有DCS控制系统中研发出自动送气和改吸收控制方式。该套控制程序系统包括单台合成炉一键式送气、改吸收自动程序和全系统一键式（全部运行合成炉）送气、改吸收自动程序。在实现自动化操作的基础上增加判定条件及设定参数，更进一步实现DCS自动判断送气和改吸收操作的智能化。（详见图3）

图3 冷凝酸智能化控制流程图

表1 智能化改造前手动操作时间统计表

表2 智能化改造后操作时间统计表

图4 高纯酸送离子膜智能化控制流程图

通过对送气和改吸收工序进行智能化改造，为氯化氢合成工序复杂繁琐的操作缩短了时间，由表1、2可知，将原操作完成时间由7～8min缩短至4min以内。（详见图4）

3.3 盐酸外售系统智能化控制系统的开发

图5 盐酸系统自动化控制流程图

盐酸属危险化学品，具有强腐蚀性，现场操作盐酸设备、阀门等人员危险性高，自动化操作代替了现场手动操作，不仅安全、快速、稳定且减少劳动强度。通过DCS设置程序，设定参数值，实现盐酸系统中冷凝酸、高纯酸、工业酸（外售）输送的智能化控制。（详见图5）

4 结语

通过开发氯化氢合成工序智能化控制技术，氯化氢生产中单台合成炉及整个系统成功实现一键式（智能判定）自动送气、改吸收的DCS控制目标，取代了原有安全性、稳定性不高的多人手动或半自动的操作方法，满足时长4min内且炉压波动≤2kpa的技术指标要求；同时，合成炉安全辅助系统连锁异常情况判断、报警、停车均实现在线监测及控制，完全取代人工用眼观察和判断，确保生产过程各项数据的及时性和准确性。此外，通过实际应用后，氯化氢合成系统安全性全面提高，避免了异常的环保排放，提高了劳动效率，优化了操作，使企业向智能化工厂迈进了一大步。