CN100453452C

CN100453452C - 磷酸生产设备

Info

Publication number: CN100453452C
Application number: CNB2005100201459A
Authority: CN
Inventors: 邓敏; 何元坤; 肖明; 谢彬; 李江林; 陈昌莉
Original assignee: Yibin Tianyuan Group Co Ltd
Current assignee: Yibin Tianyuan Group Co Ltd
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: CN1803588A

Abstract

本发明涉及磷酸生产工艺计算机集散控制系统(DCS)系统。本发明为解决现有热法磷酸生产线工艺参数控制量大，人为控制易产生误差，产品质量不稳定的技术问题，公开了一种热法磷酸生产设备。本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是：磷酸生产设备，包括热法磷酸生产线，DCS系统；所述DCS系统与热法磷酸生产线连接，控制磷酸生产工艺参数。本发明的有益效果是，提高了工艺参数检测精度和控制精度，减轻了劳动强度，克服了人为因素对产品质量的影响，减少了事故发生率，实现了热法磷酸生产关键工序的自动控制。本发明的技术方案，主要用于现有热法磷酸生产线的改造。

Description

磷酸生产设备

技术领域

本发明涉及自动控制技术，特别涉及磷酸生产工艺计算机集散控制系统(DCS)系统。

背景技术

磷酸(H₃PO₄)是一种重要的化工原料。根据制备工艺，分为湿法磷酸和热法磷酸。热法磷酸产品具有磷酸浓度大，纯度高，杂质含量低，不含硫，产量高等特点。热法磷酸生产流程是：熔融黄磷经压磷水置换后进入水化塔磷喷头，经蒸汽雾化，与尾气风机送来的二次空气燃烧生成五氧化二磷(P₂O₅)。五氧化二磷气体经循环酸水吸收制得磷酸。反应式为：P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄。

热法磷酸生产线一般包括熔磷槽，黄磷贮槽，黄磷计量槽，水化塔，雾化塔，热交换器，尾气风机及各种加压泵、循环泵等。现有技术的热法磷酸生产过程，工艺参数的控制采用人工控制的方法，通过普通的检测仪表检测生产线上各主要点的工艺参数，根据操作人员的经验，对工艺参数进行调节。这些现有技术存在的主要缺点是设计装置能力小、仪表检测点位少，检测精度低，工艺控制简单，大部分采用简单的数字仪表控制，调节回路一般采用现场手动操作或者单回路数字仪表控制现场电动调节阀，事故反应时间滞后，不便于优化、改进和提高。分析、检测和控制主要采用人工方式，设备落后，产品产量、质量靠操作人员经验和工作责任心等人为因素来保证。往往容易出现雾化蒸汽压力过高，导致雾化角不均衡，投磷量不稳，蒸汽量过大，容易损伤水化塔塔壁；蒸汽量过小，容易导致雾化效果差，黄磷燃烧不充分而产生红酸、黄酸。黄磷计量槽注水流量是控制投磷量的关键环节，如果控制不稳定，也容易产生上述不正常情况。

计算机集散控制系统，以下简称DCS系统。是一种分散采集，集中管理的计算机自动控制系统。DCS系统一般由五部份组成：控制器，I/O板，操作站，通讯网络，图形及编程软件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有热法磷酸生产线工艺参数控制量大，人为控制易产生误差，产品质量不稳定的缺点，提供一种采用计算机集散控制技术的新型热法磷酸生产系统。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：新型磷酸生产系统，包括热法磷酸生产线，其特征在于：还包括DCS系统；所述DCS系统与热法磷酸生产线连接，控制磷酸生产工艺参数；所述DCS系统包括检测装置，主控装置和调节装置；所述检测装置及调节装置与热法磷酸生产线连接，所述主控装置与检测装置及调节装置连接；所述检测装置对磷酸生产线工艺参数进行检测；所述主控装置根据检测装置输入的工艺参数，经运算处理，输出控制信号，驱动调节装置对工艺参数进行控制；

所述检测装置至少包括下列一种检测装置：水化塔液位检测装置，雾化塔蒸汽压力检测装置，黄磷计量槽注水流量检测装置，循环酸管线上磷酸浓度检测装置；

所述调节装置至少包括下列一种调节装置：水化塔产酸调节阀，雾化塔蒸汽调节阀，压磷热水调节阀，稀酸槽进水调节阀。

本发明的有益效果是，提高了工艺参数检测精度和控制精度，减轻了劳动强度，克服了人为因素对产品质量的影响，减少了事故发生率，实现了热法磷酸生产关键工序的自动控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是实施例1的结构示意图；

图3是实施例2的结构示意图。

具体实施方式

本发明根据热法磷酸生产线检测点分布广，检测点位多，工艺参数控制量大的特点，将DCS系统应用于热法磷酸生产工艺的控制，通过分散采集各检测点的参数，对工艺参数进行集中控制处理。本发明采用DCS控制技术中成熟的单回路PID控制方式，在现有热法磷酸生产线上增加了由检测装置，主控装置，调节装置等构成的DCS控制系统。通过检测装置对生产过程的主要参数进行检测，并将检测信号送到主控装置进行处理。主控装置通过内部程序对检测信号进行分析运算，输出相应控制信号，驱动调节装置，对相关参数进行调节。本发明的结构示意图见图1。

实施例1

本例选用数字式控制系统，主控装置组成包括AD转换器，DA转换器，控制器及操作站。系统结构见图2。AD转换器输入端与检测装置连接，将检测到的工艺参数进行数字化处理后，输入控制器。控制器将输入数据与设定值进行比较，经过内部程序运算处理，输出数字控制信号到DA转换器，DA转换器对数字控制信号进行数模转换，输出模拟控制信号，驱动调节装置，对相关工艺参数进行调节。同时，各相关检测及调节过程的图像界面，通过总线在操作站进行实时显示，操作人员也可以在操作站对系统进行控制。

数字式控制系统，具有参数检测、控制精度高，抗干扰能力强等优点。

实施例2

本例的DCS系统结构示意图如图3，图中示出了热法磷酸生产线主要工序的工艺参数检测点及控制点。下面根据生产线工艺流程，对本例的DCS系统进行详细描述：

1.水化塔液位控制：水化塔是热法磷酸生产的主要设备。黄磷在水化塔中燃烧后与水反应生成的稀磷酸，然后通过循环酸泵回流，使稀酸重新回到水化塔挂膜，稀酸中的水不断与P₂O₅反应生成磷酸，从而使酸的浓度不断增加，当浓度达到82％(现有五钠生产工艺控制指标)时，启动调节阀，将82％的磷酸送至成品酸贮槽。为了保证水化塔的正常工作，水化塔液位应控制在水化塔底部容池容积的50％。液位过高会导致水化塔副塔被淹没，尾气风机无法抽风，黄磷燃烧不充分，黄磷以颗粒状掉入循环酸中，生成黄酸或黑酸。液位过低会导致循环酸泵抽空，损坏循环泵或不能很好的形成挂膜。调节阀的主要作用就是控制水化塔液位，保证水化塔液位处于正常位置。本例的水化塔液位检测装置，采用压力式单法兰液位传感器，将液位变化转换成电流信号，输入AD转换器，转换成数字信号，通过控制器送入操作员站(图中未示出)的显示器上显示。同时，控制器根据内部程序进行PID逻辑运算，输出数字控制信号，经DA转换器转换成4～20mA电流信号送到水化塔产酸调节阀，控制调节阀的开度，使液位保持在容池容积的50％。

2.黄磷计量槽注水流量控制：黄磷计量槽是密闭容器，通过泵打入黄磷存在计量槽中，关闭所有的溢流阀门，仅开黄磷的出口阀和加水阀，启动压磷热水泵后，热水从加水口进入计量槽，当压力达到0.3Mpa后，黄磷就会从计量槽的底部压出，进入水化塔。计量和控制加入计量槽的水量和瞬时流量即可等比算出黄磷的使用量和黄磷进入水化塔的瞬时流量，并保持黄磷进入量为1.5m³/h，保证系统平稳运行。这里的黄磷计量槽注水流量检测装置，采用涡街流量计作为流量传感器，检测黄磷计量槽注水流量，将流量信号转换成电流信号送入AD转换器，经控制器进行PID逻辑运算，输出数字控制信号，经DA转换器输出4～20mA电流，控制压磷热水调节阀的开度，使进入水化塔的黄磷流量控制在1.5m³/h。检测参数及调节过程的图像界面在操作站的显示器上显示。

3.雾化塔蒸汽压力控制：为保证压磷过程控制稳定，在瞬时压磷量恒定时，影响黄磷燃烧的主要因素就是雾化蒸汽压力。雾化蒸汽将液态的黄磷雾化，在水化塔中燃烧生成P₂O₅。这里的雾化塔蒸汽压力检测装置，选用压力传感器检测雾化塔蒸汽压力。雾化蒸汽压力信号经控制器处理，输出4～20mA电流信号到雾化塔蒸汽调节阀，控制其开度，保持雾化蒸汽压力为0.75Mpa。

4.磷酸浓度控制：由于原生产线上没有在线测量系统浓度，只是通过分析人员定时取样分析生产系统浓度，经过分析判断系统是否需要补水或补水量。为了控制磷酸的出酸浓度恒定，保证下一生产工序的配方稳定，本例在磷酸的循环酸系统板式换热器后增加浓度检测装置，在线分析磷酸浓度。由于系统中不断有黄磷燃烧生成P₂O₅，同时通过调节加入稀酸槽的进水量，使水化塔挂膜水浓度降低，在吸收P₂O₅后生成82％的浓磷酸，让加入系统的水量和P₂O₅量达到动态平衡。这里采用浓度传感器检测循环酸管线上磷酸浓度，检测信号电流送入控制器进行处理，输出4～20mA电流到稀酸槽进水调节阀，控制稀酸槽进水量，稳定循环酸系统的浓度。

5.生产线安全控制：在生产过程中，循环酸泵、循环水泵、尾气风机、水化塔中任何一处设备出现异常，都会危及生产线的安全。为了生产系统安全和设备的安全，都应该停车，所以当以上三台电机跳闸，水化塔塔壁温度超过150℃时都应关断压磷热水泵，停止压磷。本例为此增加了安全检测装置及停机装置。从电气配电室测取循环酸泵、循环水泵、尾气风机的电机运行状态信号，通过信号电缆传送到DCS系统，通过DCS系统内部处理，在显示器的图像界面上显示泵的运行状态。操作工在系统开车后，通过鼠标操作DCS系统画面，将系统连锁投入启动状态。如果循环酸泵、循环水泵、尾气风机，其中一个出现跳闸或水化塔温度超过150℃，控制器则会作出判断，输出一个开关信号到继电器，使其触点闭合，切断压磷热水泵电源。

本例的DCS系统，可以通过通讯网络实现远程监控。为了提高系统可靠性，本例的DCS系统采用了二度冗余系统。

上述实施例，仅对热法磷酸生产线的主要工序控制进行了说明，根据不同规模的生产线，运用本发明的技术原理，采用本领域的常规技术，可以实现各种热法磷酸生产线的DCS控制，其皆属于本发明的保护范围。

Claims

1.磷酸生产设备，包括热法磷酸生产线，其特征在于：还包括DCS系统；所述DCS系统与热法磷酸生产线连接，控制磷酸生产工艺参数；

所述DCS系统包括检测装置，主控装置和调节装置；所述检测装置及调节装置与热法磷酸生产线连接，所述主控装置与检测装置及调节装置连接；所述检测装置对磷酸生产线工艺参数进行检测；所述主控装置根据检测装置输入的工艺参数，经运算处理，输出控制信号，驱动调节装置对工艺参数进行控制；

2.根据权利要求1所述的磷酸生产设备，其特征在于：所述主控装置包括AD转换器，DA转换器，控制器及操作站；所述AD转换器输入端接检测装置，输出端接控制器；所述控制器与DA转换器输入端连接；所述DA转换器输出端接调节装置；所述操作站与控制器连接。

3.根据权利要求2所述的磷酸生产设备，其特征在于：还包括安全连锁装置和停机装置；所述安全连锁装置对循环酸泵、循环水泵、尾气风机及水化塔塔壁温度进行检测，并将检测信号输入主控装置；所述主控装置输出的控制信号接停机装置；所述停机装置根据主控装置输出的信号，控制压磷热水泵电源。

4.根据权利要求1所述的磷酸生产设备，其特征在于：所述DCS系统采用单回路PID控制方式控制磷酸生产工艺参数。