液位變送器氨空比聯(lián)鎖分析與改進
產(chǎn)品說明：摘 要 液位變送器在運行過程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過多次誤動作跳車。通過研究分析，找出氨空比聯(lián)鎖誤動作的原因，制定有針對性的方案并實施，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性。
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產(chǎn)品說明
摘 要 液位變送器在運行過程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過多次誤動作跳車。通過研究分析，找出氨空比聯(lián)鎖誤動作的原因，制定有針對性的方案并實施，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性。
中國石油蘭州石化公司化肥廠稀液位變送器年設(shè)計生產(chǎn) 60% 稀硝酸 25 萬噸。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，同時放出大量的熱，這是一個高溫、快速、易爆的化學(xué)放熱反應(yīng)過程。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
氨過熱器來的氨和四合一機組空壓機來的空氣按一定比例在氨空混合器內(nèi)混合后進入氧化爐，進行氨氧化反應(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，溫度過高，易發(fā)生燒壞鉑金網(wǎng)的事故，且氨 － 空混合氣比值達到爆炸極限時，氧化爐極易發(fā)生爆炸，安全無法保障。工藝為保證高轉(zhuǎn)化率、低消耗，同時保證安全，必須根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定氨空比。為防止氨空比過高或過低發(fā)生安全事故，氧化爐氨空比設(shè)定報警值: 低報L = 8． 0，高報 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)運行時，氨空比的計算通過氨流量
FＲSA31002 和 空 氣 流 量 FＲSA31003 在 HONEY- WELL PKS DCS 系 統(tǒng) 中 實 現(xiàn)。氨 空 比 FFＲ-SA31000 的計算公式為: FFＲSA31000 = FＲSA31002 × 100 /( FＲSA31002 + FＲSA31003)
當氨空比高于 11． 0 或低于 7． 0 時，氨空比聯(lián)鎖動 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。
設(shè)定氨空比后，是由空氣流量和氨空比設(shè)定值通過運算計算出氨流量 FＲSA31002 的設(shè)定值的，通過氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002 控制入氧化爐氨流量，工藝通過調(diào)整空氣流量控制進入氧化爐的氨 － 空氣混合氣的總量。
根據(jù)最新的 SIL 評估報告，氨空比高高聯(lián)鎖等級為二級，低低聯(lián)鎖等級為三級，具體見表 1。
氣體流量測量系統(tǒng)中，溫壓補償是一個不可缺少的環(huán)節(jié)，鑒于氨、空氣流量精確測量的重要性，將氨流量 FＲSA31002 和空氣流量 FＲSA31003通過溫壓補償計算為標準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)鎖運行過程中存在的問題與解決方案
2．1 存在的問題
液位變送器在運行過程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過多次誤動作跳車，給裝置安全穩(wěn)定運行造成很大困擾，通過研究分析，整理出以下問題:
a． 裝置建設(shè)投產(chǎn)時氧化爐氨空比由一臺氨流量表 FT31002 和一臺空氣流量表 FT31003 通過運算實現(xiàn)，當氨 流 量 表 FT31002 或 空 氣 流 量 表FT31003 指示不準或故障時，極易引發(fā)氨空比聯(lián)鎖誤動作或造成生產(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，測量易受干擾。在裝置連續(xù)兩次氨空比聯(lián)鎖停車后，對測量回路進行檢查處理發(fā)現(xiàn) DCS 事件記錄中有氨空比聯(lián)鎖高高動作記錄，而氨流量 1s 的歷史趨勢卻沒有波動痕跡。經(jīng)分析為氨流量曾出現(xiàn)過瞬時波動，但歷史趨勢采集周期為 1s，氨流量瞬間波動在歷史趨勢上沒有顯示。
c． 空氣流量 FＲSA31003 曾出現(xiàn)過頻繁波動現(xiàn)象，導(dǎo)致氨空比聯(lián)鎖誤動作，裝置停車，檢查過程中從空氣流量表 FT31003 中排出過水滴，判斷為空氣中含有的少量水汽在導(dǎo)壓管凝結(jié)，進入流量表變送器膜盒，造成空氣流量 FＲSA31003 測量不準，出現(xiàn)波動。
d． 運行過程中發(fā)現(xiàn)氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002控制過于敏感，導(dǎo)致氨流量 FＲSA31002 常出現(xiàn)波動。
e． 參與氨流量溫壓補償?shù)?氨壓力PＲCA31002 或氨溫度 TＲCA31022 故障顯示無效值 NAN 時，氨流量 FＲSA31002 /B /C 溫壓補償后的值也顯示 NAN。同樣，參與空氣流量溫壓補償?shù)目諝鈮毫?PI50229 或空氣溫度 TI31010 故障顯示無效值 NAN 時，空氣流量 FＲSA31003 /B /C 溫壓補償后的值也顯示 NAN。經(jīng)試驗確認，當參與氨或空氣流量溫壓補償?shù)臏囟然驂毫收巷@示無效值 NAN 時，氨空比聯(lián)鎖將無法正常運行。
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)定長周期運行，針對氨空比聯(lián)鎖存在的問題進行了以下調(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 臺氨流量表測量信號分別進 DCS 系統(tǒng) 3 個不同的冗余 AI 卡，3 臺空氣流量表測量信號也分別進 DCS 系統(tǒng) 3 個不同控制器的3 塊冗余 AI 卡，在 DCS 系統(tǒng)分別對3 個氨流 量 FＲSA31002 /B /C 和 3 個 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． 對測量氨流量 FＲSA31002 /B /C 的變送器和測量空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的變送器適當增加阻尼時間，防止空氣流量或氨流量因干擾而出現(xiàn)瞬間波動后造成氨空比聯(lián)鎖誤動作。
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)閥動作趨于平穩(wěn)。
d． 將 3 臺空氣流量表 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)對空氣流量測量產(chǎn)生影響。
e． 在DCS系統(tǒng)中對參與氨流量 FＲ- SA31002 /B /C 和空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的溫壓補償?shù)臏囟群蛪毫M行設(shè)置。當氨壓力PＲCA31002、氨溫度TＲCA31022、空氣壓力PI50229、空氣溫度 TI31010 值過低、過高或顯示為無效值 NAN 時，DCS 判斷為測量指示異常，發(fā)出聲光報警，DCS 邏輯自動選取根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定的固定值進行溫壓補償，工藝操作人員及時聯(lián)系儀表維護人員處理解決故障。通過該設(shè)置，可有效降低因參與溫壓補償?shù)臏囟?、壓力異常對氨空比?lián)鎖造成的影響。
3 結(jié)束語
通過對液位變送器氨空比聯(lián)鎖的完善和改進，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性，化驗室通過取樣化驗，化驗數(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)定運行的難題，為裝置安全穩(wěn)定運行提供了保障，具有一定的推廣應(yīng)用價值。
中國石油蘭州石化公司化肥廠稀液位變送器年設(shè)計生產(chǎn) 60% 稀硝酸 25 萬噸。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，同時放出大量的熱，這是一個高溫、快速、易爆的化學(xué)放熱反應(yīng)過程。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
氨過熱器來的氨和四合一機組空壓機來的空氣按一定比例在氨空混合器內(nèi)混合后進入氧化爐，進行氨氧化反應(yīng)。氨氧化系統(tǒng) DCS 工藝流程如圖 1 所示。
裝置投產(chǎn)運行時，氨空比的計算通過氨流量
FＲSA31002 和 空 氣 流 量 FＲSA31003 在 HONEY- WELL PKS DCS 系 統(tǒng) 中 實 現(xiàn)。氨 空 比 FFＲ-SA31000 的計算公式為: FFＲSA31000 = FＲSA31002 × 100 /( FＲSA31002 + FＲSA31003)
當氨空比高于 11． 0 或低于 7． 0 時，氨空比聯(lián)鎖動 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。
設(shè)定氨空比后，是由空氣流量和氨空比設(shè)定值通過運算計算出氨流量 FＲSA31002 的設(shè)定值的，通過氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002 控制入氧化爐氨流量，工藝通過調(diào)整空氣流量控制進入氧化爐的氨 － 空氣混合氣的總量。
根據(jù)最新的 SIL 評估報告，氨空比高高聯(lián)鎖等級為二級，低低聯(lián)鎖等級為三級，具體見表 1。
氨空比控制系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。
2．1 存在的問題
液位變送器在運行過程中，氨空比聯(lián)鎖出現(xiàn)過多次誤動作跳車，給裝置安全穩(wěn)定運行造成很大困擾，通過研究分析，整理出以下問題:
a． 裝置建設(shè)投產(chǎn)時氧化爐氨空比由一臺氨流量表 FT31002 和一臺空氣流量表 FT31003 通過運算實現(xiàn)，當氨 流 量 表 FT31002 或 空 氣 流 量 表FT31003 指示不準或故障時，極易引發(fā)氨空比聯(lián)鎖誤動作或造成生產(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，測量易受干擾。在裝置連續(xù)兩次氨空比聯(lián)鎖停車后，對測量回路進行檢查處理發(fā)現(xiàn) DCS 事件記錄中有氨空比聯(lián)鎖高高動作記錄，而氨流量 1s 的歷史趨勢卻沒有波動痕跡。經(jīng)分析為氨流量曾出現(xiàn)過瞬時波動，但歷史趨勢采集周期為 1s，氨流量瞬間波動在歷史趨勢上沒有顯示。
c． 空氣流量 FＲSA31003 曾出現(xiàn)過頻繁波動現(xiàn)象，導(dǎo)致氨空比聯(lián)鎖誤動作，裝置停車，檢查過程中從空氣流量表 FT31003 中排出過水滴，判斷為空氣中含有的少量水汽在導(dǎo)壓管凝結(jié)，進入流量表變送器膜盒，造成空氣流量 FＲSA31003 測量不準，出現(xiàn)波動。
d． 運行過程中發(fā)現(xiàn)氨流量調(diào)節(jié)閥 FV31002控制過于敏感，導(dǎo)致氨流量 FＲSA31002 常出現(xiàn)波動。
e． 參與氨流量溫壓補償?shù)?氨壓力PＲCA31002 或氨溫度 TＲCA31022 故障顯示無效值 NAN 時，氨流量 FＲSA31002 /B /C 溫壓補償后的值也顯示 NAN。同樣，參與空氣流量溫壓補償?shù)目諝鈮毫?PI50229 或空氣溫度 TI31010 故障顯示無效值 NAN 時，空氣流量 FＲSA31003 /B /C 溫壓補償后的值也顯示 NAN。經(jīng)試驗確認，當參與氨或空氣流量溫壓補償?shù)臏囟然驂毫收巷@示無效值 NAN 時，氨空比聯(lián)鎖將無法正常運行。
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)定長周期運行，針對氨空比聯(lián)鎖存在的問題進行了以下調(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 臺氨流量表測量信號分別進 DCS 系統(tǒng) 3 個不同的冗余 AI 卡，3 臺空氣流量表測量信號也分別進 DCS 系統(tǒng) 3 個不同控制器的3 塊冗余 AI 卡，在 DCS 系統(tǒng)分別對3 個氨流 量 FＲSA31002 /B /C 和 3 個 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． 對測量氨流量 FＲSA31002 /B /C 的變送器和測量空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的變送器適當增加阻尼時間，防止空氣流量或氨流量因干擾而出現(xiàn)瞬間波動后造成氨空比聯(lián)鎖誤動作。
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)閥動作趨于平穩(wěn)。
d． 將 3 臺空氣流量表 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)對空氣流量測量產(chǎn)生影響。
e． 在DCS系統(tǒng)中對參與氨流量 FＲ- SA31002 /B /C 和空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的溫壓補償?shù)臏囟群蛪毫M行設(shè)置。當氨壓力PＲCA31002、氨溫度TＲCA31022、空氣壓力PI50229、空氣溫度 TI31010 值過低、過高或顯示為無效值 NAN 時，DCS 判斷為測量指示異常，發(fā)出聲光報警，DCS 邏輯自動選取根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定的固定值進行溫壓補償，工藝操作人員及時聯(lián)系儀表維護人員處理解決故障。通過該設(shè)置，可有效降低因參與溫壓補償?shù)臏囟?、壓力異常對氨空比?lián)鎖造成的影響。
3 結(jié)束語
通過對液位變送器氨空比聯(lián)鎖的完善和改進，有效提高了氨空比聯(lián)鎖的可靠性，化驗室通過取樣化驗，化驗數(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)定運行的難題，為裝置安全穩(wěn)定運行提供了保障，具有一定的推廣應(yīng)用價值。
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