摘 要 液位變送器在運(yùn)行過(guò)程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過(guò)多次誤動(dòng)作跳車(chē)。通過(guò)研究分析，找出氨空比聯(lián)鎖誤動(dòng)作的原因，制定有針對(duì)性的方案并實(shí)施，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性。

    中國(guó)石油蘭州石化公司化肥廠(chǎng)稀液位變送器年設(shè)計(jì)生產(chǎn) 60% 稀硝酸 25 萬(wàn)噸。稀液位變送器主要以氨為原料生產(chǎn)稀硝酸，采用的是雙壓法流程，裝置由液氨蒸發(fā)系統(tǒng)、四合一機(jī)組系統(tǒng)、氧化鍋爐系統(tǒng)和吸收單元組成。

    氨氧化是硝酸生產(chǎn)的重要工序。氨氧化時(shí)氨－ 空混合氣在鉑網(wǎng)上發(fā)生氧化反應(yīng)生成一氧化氮和水，同時(shí)放出大量的熱，這是一個(gè)高溫、快速、易爆的化學(xué)放熱反應(yīng)過(guò)程。因此在確保氨氧化安全
生產(chǎn)的前提下，提高氨氧化率、降低鉑金消耗是提高硝酸生產(chǎn)效益的主要手段。

    1 氨空比聯(lián)鎖
    氨過(guò)熱器來(lái)的氨和四合一機(jī)組空壓機(jī)來(lái)的空氣按一定比例在氨空混合器內(nèi)混合后進(jìn)入氧化爐，進(jìn)行氨氧化反應(yīng)。氨氧化系統(tǒng) DCS 工藝流程如圖 1 所示。
      氨空比比值低，轉(zhuǎn)化率低，致使能耗大、生產(chǎn) 成本高，尚未反應(yīng)完的氨氣滑過(guò)鉑金網(wǎng)，在后續(xù)吸收單元中生成硝酸銨和亞硝銨，硝酸銨和亞硝銨有猛烈的爆炸性質(zhì)，是必須防止產(chǎn)生的; 氨空比比值高，有利于提高轉(zhuǎn)化率、降低消耗，但反應(yīng)溫度高，鉑金網(wǎng)損耗大幅提高，溫度過(guò)高，易發(fā)生燒壞鉑金網(wǎng)的事故，且氨 － 空混合氣比值達(dá)到爆炸極限時(shí)，氧化爐極易發(fā)生爆炸，安全無(wú)法保障。工藝為保證高轉(zhuǎn)化率、低消耗，同時(shí)保證安全，必須根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定氨空比。為防止氨空比過(guò)高或過(guò)低發(fā)生安全事故，氧化爐氨空比設(shè)定報(bào)警值: 低報(bào)L = 8． 0，高報(bào) H = 10． 5。聯(lián)鎖值: 低低聯(lián)鎖 LL = 7． 0，高高聯(lián)鎖 HH = 11． 0。

    裝置投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，氨空比的計(jì)算通過(guò)氨流量
FＲSA31002 和 空 氣 流 量 FＲSA31003 在 HONEY- WELL PKS DCS 系 統(tǒng) 中 實(shí) 現(xiàn)。氨 空 比 FFＲ-SA31000 的計(jì)算公式為: FFＲSA31000 = FＲSA31002 × 100 /( FＲSA31002 + FＲSA31003)

    當(dāng)氨空比高于 11． 0 或低于 7． 0 時(shí)，氨空比聯(lián)鎖動(dòng) 作，氨 切 斷 閥 UV31001 和氨壓力調(diào)節(jié)閥PV31002 電磁閥失電，切斷氨進(jìn)料，氨 放 空 閥HV31005 電磁閥失電，氨放空，液位變送器稀硝單元停車(chē)。

    設(shè)定氨空比后，是由空氣流量和氨空比設(shè)定值通過(guò)運(yùn)算計(jì)算出氨流量 FＲSA31002 的設(shè)定值的，通過(guò)氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002 控制入氧化爐氨流量，工藝通過(guò)調(diào)整空氣流量控制進(jìn)入氧化爐的氨 － 空氣混合氣的總量。

    根據(jù)最新的 SIL 評(píng)估報(bào)告，氨空比高高聯(lián)鎖等級(jí)為二級(jí)，低低聯(lián)鎖等級(jí)為三級(jí)，具體見(jiàn)表 1。
      氣體流量測(cè)量系統(tǒng)中，溫壓補(bǔ)償是一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)，鑒于氨、空氣流量精確測(cè)量的重要性，將氨流量 FＲSA31002 和空氣流量 FＲSA31003通過(guò)溫壓補(bǔ)償計(jì)算為標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的流量值并參與聯(lián)鎖、控制。

    氨空比控制系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。     2 氨空比聯(lián)鎖運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題與解決方案
    2．1 存在的問(wèn)題
    液位變送器在運(yùn)行過(guò)程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過(guò)多次誤動(dòng)作跳車(chē)，給裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大困擾，通過(guò)研究分析，整理出以下問(wèn)題:

    a． 裝置建設(shè)投產(chǎn)時(shí)氧化爐氨空比由一臺(tái)氨流量表 FT31002 和一臺(tái)空氣流量表 FT31003 通過(guò)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，當(dāng)氨 流 量 表 FT31002 或 空 氣 流 量 表FT31003 指示不準(zhǔn)或故障時(shí)，極易引發(fā)氨空比聯(lián)鎖誤動(dòng)作或造成生產(chǎn)安全事故，聯(lián)鎖可靠性差。
    b． 氨 流 量 表 FT31002 的 量 程 為 0． 000 ～ 0． 626kPa，空氣流量表 FT31003 的量程為 0． 00 ～ 0． 82kPa，都為微差壓變送器，測(cè)量易受干擾。在裝置連續(xù)兩次氨空比聯(lián)鎖停車(chē)后，對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行檢查處理發(fā)現(xiàn) DCS 事件記錄中有氨空比聯(lián)鎖高高動(dòng)作記錄，而氨流量 1s 的歷史趨勢(shì)卻沒(méi)有波動(dòng)痕跡。經(jīng)分析為氨流量曾出現(xiàn)過(guò)瞬時(shí)波動(dòng)，但歷史趨勢(shì)采集周期為 1s，氨流量瞬間波動(dòng)在歷史趨勢(shì)上沒(méi)有顯示。
    c． 空氣流量 FＲSA31003 曾出現(xiàn)過(guò)頻繁波動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致氨空比聯(lián)鎖誤動(dòng)作，裝置停車(chē)，檢查過(guò)程中從空氣流量表 FT31003 中排出過(guò)水滴，判斷為空氣中含有的少量水汽在導(dǎo)壓管凝結(jié)，進(jìn)入流量表變送器膜盒，造成空氣流量 FＲSA31003 測(cè)量不準(zhǔn)，出現(xiàn)波動(dòng)。
    d． 運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002控制過(guò)于敏感，導(dǎo)致氨流量 FＲSA31002 常出現(xiàn)波動(dòng)。
    e． 參與氨流量溫壓補(bǔ)償?shù)?氨壓力PＲCA31002 或氨溫度 TＲCA31022 故障顯示無(wú)效值 NAN 時(shí)，氨流量 FＲSA31002 /B /C 溫壓補(bǔ)償后的值也顯示 NAN。同樣，參與空氣流量溫壓補(bǔ)償?shù)目諝鈮毫?PI50229 或空氣溫度 TI31010 故障顯示無(wú)效值 NAN 時(shí)，空氣流量 FＲSA31003 /B /C 溫壓補(bǔ)償后的值也顯示 NAN。經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)，當(dāng)參與氨或空氣流量溫壓補(bǔ)償?shù)臏囟然驂毫收巷@示無(wú)效值 NAN 時(shí)，氨空比聯(lián)鎖將無(wú)法正常運(yùn)行。
 
    2． 2 解決方案
    為提高氨空比聯(lián)鎖可靠性，保障裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，針對(duì)氨空比聯(lián)鎖存在的問(wèn)題進(jìn)行了以下調(diào)整優(yōu)化:

    a． 新增兩塊氨流量表 FT31002B /C 和兩塊空氣流量表 FT31003B /C，3 臺(tái)氨流量表測(cè)量信號(hào)分別進(jìn) DCS 系統(tǒng) 3 個(gè)不同的冗余 AI 卡，3 臺(tái)空氣流量表測(cè)量信號(hào)也分別進(jìn) DCS 系統(tǒng) 3 個(gè)不同控制器的3 塊冗余 AI 卡，在 DCS 系統(tǒng)分別對(duì)3 個(gè)氨流 量 FＲSA31002 /B /C 和 3 個(gè) 空 氣 流 量 FＲ- SA31003 /B /C 做三取中，三取中后的氨流量和空氣流量參與氧化爐氨空比聯(lián)鎖。

    b． 對(duì)測(cè)量氨流量 FＲSA31002 /B /C 的變送器和測(cè)量空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的變送器適當(dāng)增加阻尼時(shí)間，防止空氣流量或氨流量因干擾而出現(xiàn)瞬間波動(dòng)后造成氨空比聯(lián)鎖誤動(dòng)作。

    c． 氨流量 FＲSA31002 /B /C 三取中后的值代替原 氨 流 量 FＲSA31002 參與氨流量調(diào)節(jié)閥FV31002 的控制，調(diào)整氨流量控制回路 PID 參數(shù)，讓調(diào)節(jié)閥動(dòng)作趨于平穩(wěn)。

    d． 將 3 臺(tái)空氣流量表 FT31003 /B /C 導(dǎo)壓管整體上移至變送器上方，增加凝液罐，用于定期排液，并增加儀表保溫伴熱，防止空氣中水汽凝結(jié)對(duì)空氣流量測(cè)量產(chǎn)生影響。

    e． 在DCS系統(tǒng)中對(duì)參與氨流量 FＲ- SA31002 /B /C 和空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的溫壓補(bǔ)償?shù)臏囟群蛪毫M(jìn)行設(shè)置。當(dāng)氨壓力PＲCA31002、氨溫度TＲCA31022、空氣壓力PI50229、空氣溫度 TI31010 值過(guò)低、過(guò)高或顯示為無(wú)效值 NAN 時(shí)，DCS 判斷為測(cè)量指示異常，發(fā)出聲光報(bào)警，DCS 邏輯自動(dòng)選取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的固定值進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，工藝操作人員及時(shí)聯(lián)系儀表維護(hù)人員處理解決故障。通過(guò)該設(shè)置，可有效降低因參與溫壓補(bǔ)償?shù)臏囟?、壓力異常?duì)氨空比聯(lián)鎖造成的影響。

    3 結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)對(duì)液位變送器氨空比聯(lián)鎖的完善和改進(jìn)，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性，化驗(yàn)室通過(guò)取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)與氨空比比值相符，解決了困擾稀液位變送器安全穩(wěn)定運(yùn)行的難題，為裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。