趙安亮(安徽華塑股份有限公司，安徽 定遠 233290)

0 引言

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的生產(chǎn)工藝控制基本實現(xiàn)了全過程自動化控制，通過SIS和GDS系統(tǒng)的推廣運用，更提高了氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置的安全可靠性。

化工自動化儀表主要包括DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、GDS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、各類化工檢測儀表、自控閥門、各類信號電纜等。如果將整個氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置比作一個人，DCS/PLC控制系統(tǒng)是“大腦”，各類化工檢測儀表是“眼睛”，各類自控閥門是“手腳”，各類信號電纜是“神經(jīng)”，由此可見化工自動化儀表在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn)過程的重要性。

1 DCS/PLC系統(tǒng)的在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用

(1) DCS控制系統(tǒng)符合氯堿和聚氯乙烯行業(yè)集中操作和分散控制設計理念，DCS控制系統(tǒng)的控制單元安裝在現(xiàn)場機柜間，上位操作單元安裝在中央控制室，上位操作單元和控制單元通過光纖進行通訊。

(2)氯堿電解單元以及配套的工藝單元現(xiàn)階段采用的主流DCS控制系統(tǒng)有橫河的CENTUM VP系統(tǒng)、霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)、浙江中控的ECS-700系統(tǒng)及和利時的MACS-K系統(tǒng)[1]。

(3)聚氯乙烯生產(chǎn)單元以及配套的工藝單元現(xiàn)階段采用的主流DCS控制系統(tǒng)是艾默生的DeltaV系統(tǒng)、橫河的CENTUM VP系統(tǒng)、霍尼韋爾的PKS系統(tǒng)，聚氯乙烯生產(chǎn)單元自動化程度相對較高，其化學品配制單元、聚合加料單元、聚合過程單元、漿料汽提單元均是采用批量程序或順控程序進行全過程自動控制的。

(4)氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置的主控制系統(tǒng)一般很少用PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)一般都是應用在各生產(chǎn)裝置有技術(shù)保密的工藝包單元、大型機組的控制單元等，例如一次鹽水的膜過濾裝置多采用西門子S7300控制系統(tǒng)、聚氯乙烯的離心機控制多采用西門子S7300控制系統(tǒng)等。這些大型機組和工藝包自帶的PLC控制系統(tǒng)一般都是通過ModeBus 485與對應的氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置主DCS控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊的，以便于在主DCS控制系統(tǒng)上能夠讀取PLC子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)[2]。

2 SIS系統(tǒng)在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用

(1)隨著國家對氯堿和聚氯乙烯行業(yè)安全要求的逐年提高，目前國家規(guī)范要求氯堿和聚氯乙烯行業(yè)必須設置獨立于DCS/PLC過程控制系統(tǒng)的SIS系統(tǒng)。其中氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的SIS系統(tǒng)必須要有不低于TUV SIL3的認證等級。目前國內(nèi)取得TUV SIL3認證等級的SIS系統(tǒng)品牌有浙江中控、和利時、康吉森，進口品牌的SIS系統(tǒng)主要有HIMA、TRCON、艾默生、橫河、霍尼韋爾等。

(2)氯堿電解槽單元的氯、氫壓差高高報警聯(lián)鎖停電解槽，液氯單元的液氯儲槽液位高高報警聯(lián)鎖關(guān)閉進料自控閥門等都是在SIS系統(tǒng)中實現(xiàn)的；聚氯乙烯的聚合單元聚合釜溫度和壓力高高報警聯(lián)鎖加入緊急終止劑，聚合釜攪拌轉(zhuǎn)速低低報警聯(lián)鎖加入緊急終止劑，聚合釜攪拌電機功率高高報警聯(lián)鎖加入緊急終止劑，VCM單體球罐液位高高報警聯(lián)鎖關(guān)閉進料自控閥門等都是在SIS系統(tǒng)中實現(xiàn)的。

3 GDS系統(tǒng)在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用

按照GBT 50493—2019 《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》要求，GDS系統(tǒng)要獨立于DCS/PLC過程控制系統(tǒng)，其主要是用于可燃和有毒氣體報警儀表信號的采集、運算、報警以及區(qū)域報警聯(lián)動等。在氯堿各生產(chǎn)裝置需要檢測的可燃和有毒氣體主要有氫氣和氯氣；在聚氯乙烯各生產(chǎn)裝置需要檢測的可燃和有毒氣體主要有乙炔、庚烷、VCM。氫氣可燃氣體報警儀采用的是催化燃燒原理，庚烷和乙炔可燃氣體報警儀采用的是紅外檢測原理，VCM和氯氣采用的是電化學檢測原理。

4 各類化工檢測儀表在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用

4.1 溫度檢測儀表

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)應用的溫度檢測儀表主要有三大類，熱電阻(RTD)、熱電偶(TC)、雙金屬溫度計，其中由于氯堿和聚氯乙烯工藝控制溫度一般在中、低溫范圍(-35～600 ℃)，其主要應用的遠傳溫度檢測儀表為熱電阻(PT100)，熱電偶應用的相對少一些。

雙金屬溫度計是根據(jù)兩種不同材質(zhì)金屬受熱形變不同的原理進行溫度檢測的；熱電阻是根據(jù)熱阻效應來進行溫度檢測的；熱電偶是根據(jù)熱電效應來進行溫度檢測的。根據(jù)氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的生產(chǎn)工藝要求，我們一般都選擇精度等級為A級的PT100熱電阻。PT100熱電阻接線形式分為兩線制、三線制、四線制三種類型，其中四線制的檢測精度最高，兩線制的檢測精度最低，一般都選擇三線制或四線制接線形式。

由于聚氯乙烯行業(yè)中的VCM轉(zhuǎn)化單元，每臺轉(zhuǎn)化器都有12個溫度檢測點位，每套VCM轉(zhuǎn)化單元有幾十臺甚至上百臺轉(zhuǎn)化器，溫度檢測點位多且較為集中，為節(jié)省DCS控制系統(tǒng)的I/O點位、節(jié)省信號電纜以及降低施工難度，行業(yè)內(nèi)都是通過多路溫度采集系統(tǒng)將轉(zhuǎn)化器的溫度檢測信號引入DCS的。目前行業(yè)內(nèi)應用較為廣泛的是MTL或GM的產(chǎn)品。

4.2 壓力檢測儀表

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)主要應用的壓力檢測儀表有就地壓力表、壓力變送器和壓力開關(guān)。

就地壓力表是利用彈簧管受力變形的原理工作的；壓力變送器主要有兩種檢測原理，一種是單晶諧振原理，一種是電容原理，其可以將壓力信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的標準信號，并遠傳至DCS/PLC過程控制系統(tǒng)或SIS系統(tǒng)，以實現(xiàn)氯堿和聚氯乙烯行業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控報警、PID控制以及聯(lián)鎖保護；壓力開關(guān)是通過生產(chǎn)過程壓力的變化來改變壓力開關(guān)儀表觸點的接通或閉合狀態(tài)，并將狀態(tài)的變化信號遠傳至DCS/PLC過程控制系統(tǒng)或SIS系統(tǒng)，以實現(xiàn)氯堿和聚氯乙烯行業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控報警和聯(lián)鎖保護。氯堿行業(yè)壓力檢測儀表在檢測鹽水介質(zhì)時，感壓膜片一般選擇鈦材；檢測鹽酸、氯氣介質(zhì)時，感壓膜片選擇鉭材；檢測氫氧化鈉溶液介質(zhì)時，感壓膜片選擇316L。

4.3 物位檢測儀表

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)主要應用的物位儀表有雷達物位儀表、雙法蘭液位儀表、音叉物位儀表、外測式液位儀表、射頻導納物位開關(guān)等。下面對比較典型的外測式液位儀表、雙法蘭液位儀表、雷達物位儀表進行闡述。在氯堿裝置的液氯儲槽和聚氯乙烯行業(yè)VCM裝置的球罐都應用了外測式液位儀表，外測式液位儀表是利用微振動原理進行工作的，該類儀表主要應用在盛裝劇毒液態(tài)物料的球罐和臥式儲槽，該類儀表的安裝是將傳感器通過專用耦合劑粘貼在容器壁的外側(cè)，沒有與劇毒工藝介質(zhì)的連接接口，在很大程度上降低了劇毒液態(tài)物料泄漏的風險。

雙法蘭液位儀表在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)應用的也較為廣泛，該類儀表是利用差壓原理來檢測液態(tài)物料液位的。該類儀表要根據(jù)所檢測物料的特性來選擇感壓膜片的材質(zhì)；根據(jù)容器上下兩個法蘭間的距離，來選擇毛細管的長度，毛細管內(nèi)一般充裝的是硅油或氟油。

雷達物位儀表在氯堿裝置應用的相對少些，但在聚氯乙烯行業(yè)的各生產(chǎn)裝置都應用的較為廣泛。聚氯乙烯料倉、電石料倉等都采用雷達物位儀表進行檢測。需要注意的是，在電石料倉用雷達物位儀表檢測時，在雷達物位儀表的喇叭口內(nèi)壁容易積聚電石灰，從而導致檢測數(shù)據(jù)失真，為防止該問題出現(xiàn)，在雷達物位儀表選型的過程中，要增加氮氣反吹裝置。有水蒸氣存在的場所不適合選用雷達物位儀表，原因是在雷達物位儀表的喇叭口內(nèi)壁容易凝結(jié)水珠，從而導致檢測數(shù)據(jù)失真。

4.4 流量檢測儀表

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)主要應用的流量檢測儀表有電磁流量計、質(zhì)量流量計、渦街流量計、孔板流量計、超聲波流量計、熱式質(zhì)量流量計[3]。

在氯堿裝置，尤其在電解槽單元多選用雙頻勵磁的電磁流量計，原因是電解槽單元附近區(qū)域直流干擾嚴重，雙頻勵磁的電磁流量計抗直流干擾能力較強。在聚氯乙烯裝置汽提和干燥工序的PVC漿料流量檢測也多選用雙頻勵磁的電磁流量計，因為PVC漿料中含有PVC粉料、脫鹽水和工藝氣體，雙頻勵磁的電磁流量計對固、液、氣三相流的抗干擾能力較強。熱式質(zhì)量流量計主要是應用在氯堿裝置氯化氫合成單元的氯氣流量檢測，應用效果較好，原因是氯化氫合成工序的氯氣比較干燥和潔凈。質(zhì)量流量計主要應用在聚氯乙烯裝置的聚合單元，用于聚合釜VCM單體和各類化學品藥劑的加料計量，該類儀表精度較高，價格比較昂貴，主要用于檢測精度要求較高的場合。

超聲波流量計主要用于氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置脫鹽水介質(zhì)的流量檢測，應用效果良好。

孔板流量計是在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)應用時間最長且傳統(tǒng)的儀表，其可以檢測所有的氣體、單相液體的流量，但該儀表的缺點就是精度相對較低，維護相對麻煩，還需要配套對應的溫度和壓力補償儀表。尤其在對氯堿和聚氯乙行業(yè)各生產(chǎn)裝置的易燃和易爆氣體進行流量檢測時，有嚴格的流速限制要求，防止出現(xiàn)爆炸事故。

4.5 分析儀表

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)應用的分析儀表主要有pH分析儀、ORP分析儀、氯中含水分析儀、游離氯分析儀，火焰監(jiān)測儀，盤柜式氧分析儀、盤柜式乙炔分析儀、可燃和有毒氣體報警器、環(huán)保監(jiān)測VOCS分析小屋等，下面對其中幾個主要分析儀表的應用進行闡述。

微量水分析儀在氯堿裝置中的應用，由于氯氣壓縮機轉(zhuǎn)子和主軸是高強度合金鋼材質(zhì)，不耐鹽酸的腐蝕，如果干燥處理后的氯氣中含水不能控制在合格的工藝指標內(nèi)(一般工藝控制在150 mg/L之內(nèi))[4]，就會出現(xiàn)氯氣壓縮機轉(zhuǎn)子被腐蝕而導致機組不能正常工作的情況，因此氯氣壓縮機出口安裝微量水分析儀是必要的，目前應用的微量水分析儀主要有兩種檢測原理：一種是五氧化二磷吸水檢測原理；一種是激光檢測檢測原理。

游離氯分析儀在氯堿裝置中的應用，由于出氯化氫合成爐后送VCM裝置的氯化氫氣體中的游離氯含量對VCM裝置混合器的影響較大，容易導致混合器的著火和爆炸，因此在氯化氫合成爐出口的氯化氫總管安裝游離氯分析儀是必要的，目前行業(yè)內(nèi)應用的主要是紫外檢測原理的游離氯分析儀。

盤柜式氧分析儀和乙炔分析儀在聚氯乙烯行業(yè)乙炔裝置中的應用，由于乙炔裝置破碎系統(tǒng)中料斗提機、細料斗提機、返料斗提機以及電石成品倉對氧氣含量、乙炔含量的要求都較高，原因是電石破碎系統(tǒng)內(nèi)的乙炔含量和氧含量的濃度達到一定限值并有火源的情況下極易產(chǎn)生爆炸，氧氣和乙炔分析儀的檢測數(shù)據(jù)的準確性對工藝控制的安全是非常關(guān)鍵的。

5 自控閥門在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用

在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)應用的自控閥門按照用途劃分主要有自控調(diào)節(jié)閥和自控切斷閥，按照執(zhí)行機構(gòu)的能源驅(qū)動形式劃分主要有電動自控閥和氣動自控閥，按照閥體的結(jié)構(gòu)形式劃分主要有自控單座閥(globe)、自控蝶閥、自控球閥、自控柱塞閥、自控刀閘閥等。

由于氯堿和聚氯乙烯行業(yè)各生產(chǎn)裝置對防爆的要求較高，多選用氣動自控閥門。氣動自控調(diào)節(jié)閥除閥體和執(zhí)行機構(gòu)之外的主要附件就是電氣閥門定位器，氣動自控切斷閥除閥體和執(zhí)行機構(gòu)之外的主要附件就是電磁閥和閥位開關(guān)。聚氯乙烯生產(chǎn)裝置中，聚合釜卸料閥主要采用柱塞閥，根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，聚合釜卸料用柱塞閥最好選用氣動柱塞閥。SIS系統(tǒng)控制的閥門，要根據(jù)設計要求選擇具有整閥SIL認證等級要求的自控閥門。

6 氯堿和聚氯乙烯行業(yè)用儀器儀表防爆等級的選擇

在氯堿裝置防爆區(qū)域主要是根據(jù)氫氣存在的區(qū)域來進行劃分的，一般選擇不低于ExiaIICT4或ExdIICT4的防爆等級標準。在聚氯乙烯行業(yè)的各裝置防爆區(qū)域的劃分，乙炔裝置是根據(jù)乙炔氣體存在的區(qū)域來劃分的，一般選擇不低于ExiaIICT2或ExdIICT2的防爆等級標準。VCM裝置是根據(jù)綜合考慮乙炔、庚烷、VCM氣體可能存在的區(qū)域，一般選擇不低于ExiaIICT4或ExdIICT4的防爆等級標準。聚氯乙烯裝置是根據(jù)VCM氣體存在的區(qū)域來劃分的，一般選擇不低于ExiaIIBT4或ExdIIBT4的防爆等級標準。

7 結(jié)語

隨著氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的快速發(fā)展，國家對安全和環(huán)保的要求的逐步提高，企業(yè)用工成本的逐年增加，化工自動化儀表在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)中的重要性日趨突顯。化工自動化儀表在氯堿和聚氯乙烯行業(yè)的應用，不僅降低了企業(yè)的用工成本，而且提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和安全可靠性。