CN110589769B - 一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法、系统及合成炉 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法、系统及合成炉，对氯气流量通过低位选择进行限制，对氢气流量通过高位选择进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量与氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯；采用基于交叉限制原理的控制策略，实现合成炉氯气氢气比值自动调节的功能，在确保安全生产的条件下实现氯化氢合成炉氯气氢气流量配比远程自动控制，规避了现场安全风险隐患，并可实现自动化减人和换人的目的。

Description

一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法、系统及合成炉

技术领域

本公开涉及化工合成设备技术领域，特别涉及一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法、系统及合成炉。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

氯碱行业氯化氢合成工序的生产工艺中，涉及到氢气、氯气、氯化氢等危险气体，传统生产模式中自动化程度较低，送气操作主要有现场手动操作和远程手动操作。

本公开发明人发现，手动操作存在以下缺陷：(1)合成炉炉压调节不及时,造成进炉氢气、氯气配比失调，送气时若氢气过量，影响后续工段转化率；送气时若氯气过量，游离氯超标，就会在VCM转化工序与乙炔气发生反应，生成极易爆炸的氯乙炔并放出大量的热，对安全稳定生产造成极大威胁；(3)氯化氢送气工序自动化程度相对落后，劳动强度大、事故率较高、因人工操作不当带来的生产事故时有发生。

此外，业内人员还设计了一种双闭环比值回路控制的自动控制方式，如图1所示，这种自动控制方式仍然存在问题和安全隐患，总结为以下两点：(1)氢气分子量低，逃逸性好，氢气含冷凝水易干扰测量；(2)自控状态下，氢气压缩机突然跳停，氯化氢气体中的氯气过量问题无法规避，生产系统的安全隐患仍然存在。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法、系统及合成炉，通过采用基于交叉限制原理的控制策略，实现合成炉氯气氢气比值自动调节的功能，在确保安全生产的条件下实现氯化氢合成炉氯气氢气流量配比远程自动控制，规避了现场安全风险隐患，并可实现自动化减人和换人的目的。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法；

一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法，对氯气流量通过低位选择进行限制，对氢气流量通过高位选择进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量与氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯。

作为可能的一些实现方式，升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，氯气调节阀动作。

作为进一步的限定，降负荷时，由于氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，氢气调节阀动作。

作为可能的一些实现方式，当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制。

作为进一步的限定，设定至少三个氢气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

第二方面，本公开提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统；

一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，至少包括低位选择器、高位选择器、第一控制器和第二控制器；

所述低位选择器用于对氯气流量进行限制，所述高位选择器用于对氢气流量进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量和氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯；

升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，第一控制器氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，第二控制器氯气调节阀动作。

降负荷时，氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，第二控制器控制氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，第一控制器控制氢气调节阀动作。

作为可能的一些实现方式，当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制。

作为进一步的限定，设定至少三个氢气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

作为可能的一些实现方式，分别利用气体流量计对氢气和氯气的流量进行检测，并将检测到的氢气和氯气流量实时传递给第一控制器和第二控制器；对氢气和氯气流量测量时进行温度和压力补偿，并将氢气测量装置设于靠近氢气管道顶端的位置，避免冷凝水影响测量；

作为可能的一些实现方式，对第一控制器和第二控制器的输出进行限幅，锁定氢气流量降低和氯气流量升高的阀位。

作为可能的一些实现方式，设置负荷调整爬坡赋值功能，以避免在负荷输入端进行人工输入时的失误引起的扰动。

作为可能的一些实现方式，设置有一键停车开关，用于紧急情况时的停炉。

第三方面，本公开提供了一种氯化氢合成炉，利用本公开所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法。

第四方面，本公开提供了一种氯化氢合成炉，包括本公开所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开所述的氯化氢合成炉运行稳定，且实现了现场的无人值守，减少了人力投用以及因人工操作不当造成的安全隐患，事故率大幅降低。

本公开所述的内容在调整负荷时，能够平稳操作，氯化氢纯度几乎不发生变化，不再需要调整负荷后随即化验氯化氢的纯度，减轻了操作工的劳动负荷。

本公开所述的内容保证了氯气流量和氢气流量任何一个出现小幅度波动时，系统均可自动平衡二者配比，实现了调节过程的本质安全。

本公开设置了氢气压力分段联锁控制功能，在氢气压力异常波动时，当总管压力低于氢气安全等级压力时，相应合成炉自动联锁停炉，有效的解决氯气过量的风险。

本公开所述的内容通过将氢气测量装置的安装位置进行适当升高，使得氢气中含的冷凝水能够及时且顺利的排走，避免了冷凝水对测量结果的影响。

本公开所述的内容设置了一键停车功能，提高了人工应急操作的灵活性。

附图说明

图1为本公开背景技术中所述的现有技术中的双闭环比值回路控制的自动控制方法流程示意图。

图2为本公开实施例1所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法流程示意图。

图3为本公开实施例1中的串级控制回路操作界面。

图4为本公开实施例1中的操作员监控画面。

图5为本公开实施例1中的联锁保护的操作画面。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：

如图2所示，本公开实施例1提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法，对氯气流量通过低位选择进行限制，对氢气流量通过高位选择进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量与氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯。

升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，第一控制器控制氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，第二控制器控制氯气调节阀动作。

降负荷时，由于氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，第二控制器控制氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，第一控制器控制氢气调节阀动作。

当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制。

设定三个氢气和氯气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

分别利对氢气和氯气的流量进行实时检测，并将检测到的氢气和氯气流量实时传递给第一控制器和第二控制器；对氢气和氯气流量测量时进行温度和压力补偿，并将氢气测量装置设于靠近氢气管道顶端的位置，避免冷凝水影响测量；

对第一控制器和第二控制器的输出进行限幅，锁定氢气流量降低和氯气流量升高的阀位，使整个系统安全性增强。

设置负荷调整爬坡赋值功能，以避免在负荷输入端进行人工输入时的失误引起的扰动，自控调节效果平缓温和，降低了操作难度。

设置有一键停车开关，用于紧急情况时的停炉，提高人工应急操作的灵活性。

本实施例所述的控制方法可实现在气体流量出现小幅度波动的情况时，系统自动调节，控制气体流量，以满足正常生产条件需求；当气体流量出现大幅度波动(如氢气压缩机跳停)的情况时，系统控制则自动转到人工遥控干预状态；当系统压力临近安全压力边界时，系统自动联锁保护停炉，以保证操作安全和生产稳定。

本实施例所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法具体为：

(1)合成炉点炉后，首先分析氯化氢纯度，氯化氢纯度合格后，按照以下步骤操作：

A、先将“目标负荷”设为合成炉的氯气流量的目标值，将“阀位限制”数值设定好，经双人确定后，点串级投入按钮(“CAS投入”)，投入串级控制，如图3所示，操作员进行实时监控，监控画面如图4所示。

B、根据生产负荷进行提高或降低负荷，输入目标负荷值，经双人确认后，按确定，暂定给定调整时间为120s(该值可以改动)。

C、改变负荷的过程中，“阀位限制”起作用时，调节阀的界面会出现报警，此时需要操作工进行手动点击阀位限制按钮，点击对话框中的“投入”即可，此操作可实时进行。

D、切除串级操作时，可直接点串级切除操作按钮(“CAS切除”)。点后直接切入到手动状态，氢气氯气调节阀的开度保持不变。

E、切除串级后，操作工可以手动遥控调节阀。

(2)在运行过程中，氢气压力异常波动时，小幅度波动由控制系统自动调节克服；当氢气压力大幅度下降时，控制系统调节回路自动切转到手动，由人工调整合成炉的氯气阀开度。

(3)当压力波动下降到安全临界压力时(氢气下降安全压力设三个等级)，对应压力等级的合成炉自动联锁灭炉，联锁保护的操作页面如图5所示，操作工及时上报，并启动应急处置方案。

本实施例所述的控制方案在公司内部的1台SZL-1600，8台SZL-1500石墨合成炉成功运行，氢气控制效果：量程2500标方，流量波动60标方左右，氯气控制效果：量程2500标方，流量波动10标方左右。氯化氢纯度控制稳定，实现了氯气、氢气按比值自动控制且氢气流量始终大于氯气流量的效果，生产安全稳定，控制效果良好。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，至少包括低位选择器、高位选择器、第一控制器和第二控制器；

所述低位选择器用于对氯气流量进行限制，所述高位选择器用于对氢气流量进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量和氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯；

升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，第一控制器氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，第二控制器氯气调节阀动作。

降负荷时，氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，第二控制器控制氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，第一控制器控制氢气调节阀动作。

当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制。

设定三个氢气和氯气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

分别利用气体流量计对氢气和氯气的流量进行检测，并将检测到的氢气和氯气流量实时传递给第一控制器和第二控制器；对氢气和氯气流量测量时进行温度和压力补偿，并将氢气测量装置设于靠近氢气管道顶端较高的位置，避免冷凝水影响测量；

对第一控制器和第二控制器的输出进行限幅，锁定氢气流量降低和氯气流量升高的阀位，使整个系统安全性增强。

设置负荷调整爬坡赋值功能，以避免在负荷输入端进行人工输入时的失误引起的扰动，自控调节效果平缓温和，降低了操作难度。

设置有一键停车开关，用于紧急情况时的停炉，提高人工应急操作的灵活性。

本实施例所述的控制系统可实现在气体流量出现小幅度波动的情况时，系统自动调节，控制气体流量，以满足正常生产条件需求；当气体流量出现大幅度波动(如氢气压缩机跳停)的情况时，系统控制则自动转到人工遥控干预状态；当系统压力临近安全压力边界时，系统自动联锁保护停炉，以保证操作安全和生产稳定。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种氯化氢合成炉，利用本公开实施例1所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法。

实施例4：

本公开实施例4提供了一种氯化氢合成炉，包括本公开实施例2所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法，其特征在于，基于交叉限制原理的控制策略，对氯气流量通过低位选择进行限制，对氢气流量通过高位选择进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量与氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯；

当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制；

设定至少三个氢气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

2.如权利要求1所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法，其特征在于，升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，氯气调节阀动作。

3.如权利要求2所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法，其特征在于，降负荷时，由于氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，氢气调节阀动作。

4.一种氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，其特征在于，至少包括低位选择器、高位选择器、第一控制器和第二控制器；

所述低位选择器用于对氯气流量进行限制，所述高位选择器用于对氢气流量进行限制，当氢气的气体流量发生波动且波动量低于第一氢气设定阈值或氯气的气体流量发生波动且波动量低于第一氯气设定阈值时，通过高位选择和低位选择使氢气流量和氯气流量相互感知和锁定，在负荷调整和流量扰动发生时保证氢气比例过量且大于安全低限，不产生游离氯；

升负荷时，氯气流量受到氢气流量的闭锁限制，不会升高，氢气设定值与负荷目标值同步升高时，第一控制器氢气调节阀动作，实测氢气升高后，氯气设定量即随之提高，第二控制器氯气调节阀动作;

降负荷时，氢气设定值受到实测氯气量的闭锁限制，不会马上降低，氯气设定值随目标值降低而降低，第二控制器控制氯气调节阀动作，实测氯气流量降低后，氢气设定值即随之降低，第一控制器控制氢气调节阀动作。

5.如权利要求4所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，其特征在于，当氢气气体流量波动值大于氢气第二设定阈值时，自动转为手动状态，进行现场或远程人工干预控制。

6.如权利要求5所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，其特征在于，设定至少三个氢气和氯气压力下降的安全等级，当人工干预无法保证氢气总管压力大于安全临界压力时，合成炉联锁保护停炉。

7.如权利要求4所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统，其特征在于，分别利用气体流量计对氢气和氯气的流量进行检测，并将检测到的氢气和氯气流量实时传递给第一控制器和第二控制器；对氢气和氯气流量测量时进行温度和压力补偿，并将氢气测量装置设于靠近氢气管道顶端的位置，避免冷凝水影响测量；

或，对第一控制器和第二控制器的输出进行限幅，锁定氢气流量降低和氯气流量升高的阀位；

或，设置负荷调整爬坡赋值功能，以避免在负荷输入端进行人工输入时的失误引起的扰动；

或，设置有一键停车开关，用于紧急情况时的停炉。

8.一种氯化氢合成炉，其特征在于，利用权利 要求1-3任一项所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制方法；

或，包括权利要求4-7任一项所述的氯化氢合成炉氯氢自动配比控制系统。

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