霍 衛(wèi)

(揚州惠通化工科技股份有限公司)

過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)控制方案

霍 衛(wèi)

(揚州惠通化工科技股份有限公司)

在介紹過氧化氫尾氣回收系統(tǒng)的構成和工藝流程的基礎上，詳細闡述了過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)中渦輪膨脹機和活性炭纖維吸附裝置的控制方案。

尾氣回收 過氧化氫生產裝置 控制方案

目前國內外過氧化氫(雙氧水)生產裝置一般都采用蒽醌法，而重芳烴是蒽醌法生產過氧化氫的一種重要溶劑原料，因而在過氧化氫生產過程中會產生大量含有芳烴的尾氣，一方面芳烴尾氣會增加生產原料的消耗，另一方面人體吸入過量芳烴會對健康產生影響，且芳烴尾氣遇高溫明火或強氧化劑時容易燃燒甚至發(fā)生爆炸[1]。因此，從環(huán)保、安全和生產經(jīng)濟性考慮，回收生產尾氣中的芳烴意義重大。采用渦輪膨脹制冷和炭纖維吸附相配合的尾氣回收系統(tǒng)，可以有效回收過氧化氫生產過程尾氣中的芳烴[1]。尾氣回收系統(tǒng)的回收效率和效果在很大程度上取決于回收系統(tǒng)的自動化程度，對此筆者設計了過氧化氫生產裝置尾氣回收系統(tǒng)的控制方案。

1 尾氣回收工藝簡介

某過氧化氫生產裝置的尾氣回收系統(tǒng)由渦輪膨脹機和炭纖維吸附裝置兩部分組成(圖1)。渦輪膨脹機是產生冷量的高速旋轉設備，來自生產裝置具有一定壓力和溫度的尾氣先進入渦輪膨脹機，尾氣經(jīng)渦輪膨脹機使渦輪旋轉，尾氣膨脹做功因而內能減少、溫度降低，部分芳烴因尾氣溫度降低而冷凝；未冷凝的尾氣經(jīng)渦輪膨脹機進入炭纖維吸附裝置，炭纖維吸附裝置首先利用活性炭纖維吸附尾氣中的芳烴，然后再用水蒸氣解吸脫附炭纖維上的芳烴。經(jīng)過膨脹制冷和炭纖維吸附兩級處理后，生產尾氣中的絕大部分芳烴已被回收，且回收后的芳烴可以重復利用。另外，尾氣回收系統(tǒng)還設有應對緊急情況的應急放空口。

圖1 尾氣回收系統(tǒng)工藝流程

2 渦輪膨脹機控制方案

渦輪膨脹機組由一臺渦輪膨脹機以及與之相配套的潤滑油系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成。渦輪轉速、潤滑油壓力及軸承溫度等參數(shù)都通過現(xiàn)場遠傳儀表引至中控室DCS，便于監(jiān)測與控制。渦輪膨脹機進氣口安裝有一個故障關氣動切斷閥，在進氣閥前安裝了一個故障開氣動切斷閥用于緊急放空。正常工況下，進氣閥打開應急閥關閉，尾氣經(jīng)過渦輪膨脹機處理后進入炭纖維吸附裝置。

渦輪膨脹機屬于精密設備，渦輪轉速太快、潤滑油壓力過低或軸承溫度過高，都會導致渦輪膨脹機損壞，因此需要在DCS上設置必要的聯(lián)鎖功能，以保護渦輪膨脹機。即聯(lián)鎖條件滿足后打開應急放空閥，關閉進氣閥讓渦輪膨脹機停止工作。渦輪膨脹機進口壓力過高還會導致膨脹機前氧化塔設備損壞，因此渦輪進口壓力過高時也需要緊急打開應急放空閥對設備泄壓。在DCS程序中需要設置渦輪膨脹機啟動開關、緊急停車開關，聯(lián)鎖投用開關。渦輪膨脹機啟動后，進氣閥自動打開緊急放空閥自動關閉，渦輪膨脹機正常工作。按下緊急停車按鈕后緊急放空閥自動打開，進氣閥自動關閉(圖2)。為防止渦輪膨脹機制冷量太大導致管道結冰而損壞設備，在渦輪膨脹機進口的尾氣管道上增設旁路調節(jié)閥，該調節(jié)閥和膨脹機尾氣出口溫度組成控制回路，通過DCS建立PID回路可以自動控制膨脹機出口尾氣溫度。渦輪膨脹機的開停機、狀態(tài)監(jiān)控、溫度控制和聯(lián)鎖控制都能在DCS上操作。

3 炭纖維吸附裝置控制方案

炭纖維吸附裝置由緩沖過濾罐、活性炭纖維吸附箱體、干燥風機、冷凝器、分層收集罐及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組成。渦輪膨脹機出口尾氣進入炭纖維吸附裝置后經(jīng)過吸附、解吸脫附和干燥后，尾氣中剩余的芳烴被回收。一般設置兩個以上的炭纖維吸附罐和附屬設備，并通過程序控制保證尾氣吸附能夠連續(xù)進行。炭纖維吸附系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、控制閥和監(jiān)測儀表組成，通過PLC程序實現(xiàn)了炭纖維吸附系統(tǒng)實時顯示各工況、自動實現(xiàn)各個狀態(tài)的切換。通過Modbus接口，PLC將炭纖維吸附裝置的相關控制參數(shù)和數(shù)據(jù)傳送給DCS，以便在中控室集中監(jiān)控。

炭纖維吸附裝置進口設置應急氣動放空閥，從安全角度考慮該放空閥選擇故障開形式。炭纖維吸附裝置正常工作時應急放空閥關閉，尾氣通過炭纖維吸附后排出；緊急情況下應急放空閥打開尾氣放空。吸附時尾氣入口閥和尾氣排空閥自動打開，尾氣通過入口閥進入活性炭纖維被吸附凈化，凈化后氣體通過排空閥排空；解吸脫附時，入口閥和排空閥自動關閉，排液閥和蒸汽閥自動打開，水蒸氣通過蒸汽閥進入吸附箱體，吸附在炭纖維上的芳烴被解吸脫附，解吸后的混合物經(jīng)過排液閥進入冷凝器，冷凝后的芳烴水混合物進入分層收集罐，芳烴得以回收；干燥時，蒸汽閥自動關閉，干燥閥和尾氣排空閥自動打開，干燥風機自動啟動，干燥空氣經(jīng)干燥閥將吸附器降溫干燥，實現(xiàn)活性炭纖維的再生；干燥結束后，干燥風機和干燥閥自動關閉，吸附裝置重新進入吸附狀態(tài)。通過PLC程序控制，實現(xiàn)吸附、解吸和干燥的工藝循環(huán)操作?，F(xiàn)場所有控制閥都裝有回訊開關并接入PLC，當閥門開關不到位時，觸摸屏會發(fā)出故障報警程序暫停執(zhí)行。鑒于設備安全考慮，部分控制閥之間設置聯(lián)鎖程序，吸附時排空閥不開到位入口閥不允許打開，解吸時排液閥不開到位蒸汽閥不允許打開，干燥時干燥閥不開到位干燥風機不允許啟動。解吸過程中，當吸附箱體溫度超過設定值，觸摸屏發(fā)出超溫報警，應急放空閥自動打開，尾氣放空，吸附系統(tǒng)緊急停車。以上吸附、解吸和干燥過程時間參數(shù)都可以通過觸摸屏設置。DCS通過Modbus通信協(xié)議讀取PLC上的數(shù)據(jù)對吸附裝置進行監(jiān)控(圖3)。

圖3 炭纖維吸附裝置控制界面

4 結束語

通過過氧化氫生產裝置的尾氣回收系統(tǒng)控制方案，操作人員可以在中控室通過DCS對過氧化氫裝置尾氣回收系統(tǒng)進行集中監(jiān)控，整個尾氣回收系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動控制，程序中設置的各項聯(lián)鎖措施能夠有效保證回收裝置的安全性。尾氣回收控制系統(tǒng)自投用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，達到了過氧化氫尾氣回收裝置的控制要求，提高了回收裝置的自動化程度和安全性，降低了生產尾氣對環(huán)境的污染，同時芳烴的回收再利用也為企業(yè)節(jié)省了生產成本。

[1] 趙飛云.雙氧水氧化尾氣芳烴最佳回收工藝的探討[J].廣東化工,2010,37(9):39～41.

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1000-3932(2017)04-0410-03

2016-07-26，

2016-12-15)

霍衛(wèi)(1982-)，工程師，從事化工自動化設計工作,huowei_an@163.com。