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摘 要：本文首先对无水氢氟酸生产工艺进行了概述,重点介绍了氟化工艺无水氟化氢生产装置自动化改造(以下简称本自动化改造)方案及仪表选型。本自动化改造是根据国家安监总局关于《首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》的要求,并针对氟化工艺自动化改造的关键点进行的,改造的核心是粉酸自动配控制系统的设计。实现粉酸自动配比,能有效避免由于粉酸配比不当,硫酸过量而加剧回转炉的腐蚀及有可能造成有毒气体(氟化氢)泄漏而引起人员中毒和环境污染等安全事故，确保安全生产。
关键词：氟化工艺 自动化改造 粉酸配比 仪表选型
为贯彻落实《国务院安委会办公室关于进一步加强危险化学品安全生产工作的指导意见》（安委办〔2008〕26 号）文件的规定有关要求，提高化工生产装置和危险化学品储存设施本质安全水平，指导各地对涉及危险化工工艺的生产装置进行自动化改造，国家安全监管总局组织编制了《首批重点监管的危险化工工艺目录》和《首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》,本文中的浓硫酸与氟化钙（萤石）制备无水氟化氢工艺属于《首批重点监管的危险化工工艺目录》中的第七类氟化工艺。为此,本文对某年产1.5 万吨无水氟化氢生产装置的自动化改造，主要针对浓硫酸与氟化钙（萤石）制备无水氟化氢生产装置的改造重点进行探讨。重点改造内容如下：回转反应炉内氟化反应温度、压力,反应物的配料比,可燃和有毒气体检测报警装置,重点电气设备双电源供电,采用DCS 系统等。
一、氟化工艺自动化改造关键点
1.粉酸（萤石粉CaF2、浓硫酸H2S04 及发烟硫酸，以下简称粉酸）配比。
粉酸配比控制不当，硫酸过量则会造成设备、管道、阀门、管件及密封垫片因腐蚀而损坏，并可能造成有毒气体（氟化氢）泄漏，而引起人员中毒和环境污染。
2.回转炉压力。
回转炉不是一个密闭设备，必须采用微负压生产，有效地避免回转窑内的有毒气体（氟化氢）的泄漏。
3.关键设备如回转炉、尾气吸收风机、水洗循环槽磁力泵电机、盐水泵等用电为一级负荷（本项由电气负责改造，本文不再表述）。
这些设备在出现断电时，将出现严重后果如下：a）回转炉停止转动，反应将无法充分进行，从而使浓硫酸把设备腐蚀而造成氟化氢气体外泄；b）尾气抽吸风机停止转动，将使整个系统无法保持微负压状态，氟化氢气体会从回转炉头泄漏；c）水洗循环槽磁力泵电机停止转动，将无法在事故状态下，继续将系统中的氟化氢吸收掉。d）盐水泵停止转动，为了使关键设备得不到持续的冷却。
4.设置有毒气体报警装置。
氟化氢为高毒物品，具有强腐蚀性，在生产过程中，操作控制不当，容易泄漏造成危险。在装置区应设置有毒气体报警装置
二、自动化及选型
1.粉酸配比方案
粉酸配比系统中的酸料(浓硫酸、烟酸)计量控制部份由贮料槽、领料液下泵、计量槽、隔膜泵等组成。计量槽由三个称重传感器与称重仪表组成电子秤,控制系统根据重量的上下限开启领酸泵领酸。粉酸配比系统中的粉料(萤石粉)计量控制部分由贮料仓、螺旋给料器，计量仓、变频螺旋给料器组成。计量仓由三个称重传感器将信号传给计算机，计算机根据重量上、下限开启、关闭贮料仓与计量仓间的螺旋给料器，并利用计量仓正常放料过程利用减量法对粉流量进行计算。
把浓硫酸、烟酸和萤石粉设计成一个比值控制系统，两酸的PID 给定值跟随粉的质量流量按设定的粉酸比和两酸比而上下波动，确保了生产配比的稳定，不会引起配比失调，避免加剧回转炉的腐蚀。粉酸联动功能关闭后，则形成三个独立的定值控制系统，三种原料按照自动设定的给料量独立工作。当系统在生产过程中出现某个流量测量信号不稳定或测量元件损坏的情况下，允许系统切换到3 个单回路的定值控制，或变为开环控制系统，以此作为维持生产的应急处理手段。这些原料的配料过程均采用调节变频器的方式来控制电机的转速，以达到设定的放料速度，形成三个独立的闭环控制系统。
2. 压力变送器的选型
在回转炉的前导气管处，温度180-210℃，压力为:-5-10mmH2O。在此处进行压力测量，压力变送器必须满足以下特殊要示：高温、微压、耐腐蝕、含颗粒。根据工艺介质氟化氢的特点，变送器选用耐高温的镍合金膜片材质、高精度、性能可靠的3051 差压变送器。
3.称重仪的选型
由于是用于称量计量槽和贮料仓，选用静载称重模块，可以非常方便地安装在各种形状的容器上。又本装置生产过程有氟化氢气体，可能在环境空气中生成氢氟酸，是强腐蚀性气体，所以称重模块应选用全不锈钢称重模块。称重模块容量的选择。用于对槽或仓的称重，在估算选用称重模块的容量时，有三个主要因素需考虑：一是设备自重（m0）;二是设备装满物料时物料总重（m1）;三是称重模块的数量（n） 。还要考虑本改造加载的时粉料，由于容易存在载荷分布不均匀以及对载荷的估计不足等原因，应考虑一个安全系数f （f=1.5）;最后还要考虑环境的影响（例如风力、冲击、振动等）往往需要考虑第二个附加的安全系统k。单只称重模块的容量选择可以用一个公式来表示：称重模块容量m≥1.5k(m0+ m1)/n
4.有毒气体报警仪的选型
氟化氢气体的探头应选用电化学式，而且应选用独立的指示报警设备，不宜把探头信号直接引到DCS 系统进行声光报警。探头输出信号在工程设计过程中一般选用4～20mA(三线制)，因为输出信号是总线型，容易出现由于线路故障而使所有总线上探头都不能用。由于氟化氢气体的密度（标准状态下）是0.9218 kg/m3，小于0．97kg／m3(标准状态下)的即认为比空气轻。检测比空气轻的可燃气体或有毒气体的检（探）测器，其安装高度应高出释放源0.5～2m。
5. 其它仪表设计选型
由于是属于改造项目，其它现场仪表（如流量计、温度测量、调节阀等）都是利用原来的仪表设备，不再一一介绍。流量计选用电磁流量计，主要用于测量浓硫酸和发烟流酸，测量效果还行。
三、结束语
经过改造后的装置运行情况良好，使自动化控制水平上了一台阶，大大减小由于人为操作不当，而引发的恶性事故自动化改造作为化工企业一次性投入很高的固定资产投资项目因后期对企业安全生产方面的贡献而被认可。
参考文献
[1]安监总管三[2009]116 号.
[2]闽安监管三〔2009〕84 号.
[3]浙江正泰中自控制工程有限公司. SunyTDCS9200 集散控制系统用户手册.
[4]王发兵, 张同科, 周江萍. 石油化工自动化
关键词：氟化工艺 自动化改造 粉酸配比 仪表选型
为贯彻落实《国务院安委会办公室关于进一步加强危险化学品安全生产工作的指导意见》（安委办〔2008〕26 号）文件的规定有关要求，提高化工生产装置和危险化学品储存设施本质安全水平，指导各地对涉及危险化工工艺的生产装置进行自动化改造，国家安全监管总局组织编制了《首批重点监管的危险化工工艺目录》和《首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》,本文中的浓硫酸与氟化钙（萤石）制备无水氟化氢工艺属于《首批重点监管的危险化工工艺目录》中的第七类氟化工艺。为此,本文对某年产1.5 万吨无水氟化氢生产装置的自动化改造，主要针对浓硫酸与氟化钙（萤石）制备无水氟化氢生产装置的改造重点进行探讨。重点改造内容如下：回转反应炉内氟化反应温度、压力,反应物的配料比,可燃和有毒气体检测报警装置,重点电气设备双电源供电,采用DCS 系统等。
一、氟化工艺自动化改造关键点
1.粉酸（萤石粉CaF2、浓硫酸H2S04 及发烟硫酸，以下简称粉酸）配比。
粉酸配比控制不当，硫酸过量则会造成设备、管道、阀门、管件及密封垫片因腐蚀而损坏，并可能造成有毒气体（氟化氢）泄漏，而引起人员中毒和环境污染。
2.回转炉压力。
回转炉不是一个密闭设备，必须采用微负压生产，有效地避免回转窑内的有毒气体（氟化氢）的泄漏。
3.关键设备如回转炉、尾气吸收风机、水洗循环槽磁力泵电机、盐水泵等用电为一级负荷（本项由电气负责改造，本文不再表述）。
这些设备在出现断电时，将出现严重后果如下：a）回转炉停止转动，反应将无法充分进行，从而使浓硫酸把设备腐蚀而造成氟化氢气体外泄；b）尾气抽吸风机停止转动，将使整个系统无法保持微负压状态，氟化氢气体会从回转炉头泄漏；c）水洗循环槽磁力泵电机停止转动，将无法在事故状态下，继续将系统中的氟化氢吸收掉。d）盐水泵停止转动，为了使关键设备得不到持续的冷却。
4.设置有毒气体报警装置。
氟化氢为高毒物品，具有强腐蚀性，在生产过程中，操作控制不当，容易泄漏造成危险。在装置区应设置有毒气体报警装置
二、自动化及选型
1.粉酸配比方案
粉酸配比系统中的酸料(浓硫酸、烟酸)计量控制部份由贮料槽、领料液下泵、计量槽、隔膜泵等组成。计量槽由三个称重传感器与称重仪表组成电子秤,控制系统根据重量的上下限开启领酸泵领酸。粉酸配比系统中的粉料(萤石粉)计量控制部分由贮料仓、螺旋给料器，计量仓、变频螺旋给料器组成。计量仓由三个称重传感器将信号传给计算机，计算机根据重量上、下限开启、关闭贮料仓与计量仓间的螺旋给料器，并利用计量仓正常放料过程利用减量法对粉流量进行计算。
把浓硫酸、烟酸和萤石粉设计成一个比值控制系统，两酸的PID 给定值跟随粉的质量流量按设定的粉酸比和两酸比而上下波动，确保了生产配比的稳定，不会引起配比失调，避免加剧回转炉的腐蚀。粉酸联动功能关闭后，则形成三个独立的定值控制系统，三种原料按照自动设定的给料量独立工作。当系统在生产过程中出现某个流量测量信号不稳定或测量元件损坏的情况下，允许系统切换到3 个单回路的定值控制，或变为开环控制系统，以此作为维持生产的应急处理手段。这些原料的配料过程均采用调节变频器的方式来控制电机的转速，以达到设定的放料速度，形成三个独立的闭环控制系统。
2. 压力变送器的选型
在回转炉的前导气管处，温度180-210℃，压力为:-5-10mmH2O。在此处进行压力测量，压力变送器必须满足以下特殊要示：高温、微压、耐腐蝕、含颗粒。根据工艺介质氟化氢的特点，变送器选用耐高温的镍合金膜片材质、高精度、性能可靠的3051 差压变送器。
3.称重仪的选型
由于是用于称量计量槽和贮料仓，选用静载称重模块，可以非常方便地安装在各种形状的容器上。又本装置生产过程有氟化氢气体，可能在环境空气中生成氢氟酸，是强腐蚀性气体，所以称重模块应选用全不锈钢称重模块。称重模块容量的选择。用于对槽或仓的称重，在估算选用称重模块的容量时，有三个主要因素需考虑：一是设备自重（m0）;二是设备装满物料时物料总重（m1）;三是称重模块的数量（n） 。还要考虑本改造加载的时粉料，由于容易存在载荷分布不均匀以及对载荷的估计不足等原因，应考虑一个安全系数f （f=1.5）;最后还要考虑环境的影响（例如风力、冲击、振动等）往往需要考虑第二个附加的安全系统k。单只称重模块的容量选择可以用一个公式来表示：称重模块容量m≥1.5k(m0+ m1)/n
4.有毒气体报警仪的选型
氟化氢气体的探头应选用电化学式，而且应选用独立的指示报警设备，不宜把探头信号直接引到DCS 系统进行声光报警。探头输出信号在工程设计过程中一般选用4～20mA(三线制)，因为输出信号是总线型，容易出现由于线路故障而使所有总线上探头都不能用。由于氟化氢气体的密度（标准状态下）是0.9218 kg/m3，小于0．97kg／m3(标准状态下)的即认为比空气轻。检测比空气轻的可燃气体或有毒气体的检（探）测器，其安装高度应高出释放源0.5～2m。
5. 其它仪表设计选型
由于是属于改造项目，其它现场仪表（如流量计、温度测量、调节阀等）都是利用原来的仪表设备，不再一一介绍。流量计选用电磁流量计，主要用于测量浓硫酸和发烟流酸，测量效果还行。
三、结束语
经过改造后的装置运行情况良好，使自动化控制水平上了一台阶，大大减小由于人为操作不当，而引发的恶性事故自动化改造作为化工企业一次性投入很高的固定资产投资项目因后期对企业安全生产方面的贡献而被认可。
参考文献
[1]安监总管三[2009]116 号.
[2]闽安监管三〔2009〕84 号.
[3]浙江正泰中自控制工程有限公司. SunyTDCS9200 集散控制系统用户手册.
[4]王发兵, 张同科, 周江萍. 石油化工自动化