淺析如何對高溫蒸汽流量計進(jìn)行局部的控制及優(yōu)化

摘要：介紹了加拿大 CANSOLV 高溫蒸汽流量計的原理和技術(shù)特點(diǎn)。 以甘肅稀土焙燒尾氣深度處理項目為例，在原工藝控制基礎上，對高溫蒸汽流量計離子交換及堿液沖洗過(guò)程控制進(jìn)行的局部?jì)?yōu)化。 項目投產(chǎn)運行后，沒(méi)有出現胺液誤排現象，同時(shí)也節約了除鹽水的用量。
甘肅稀土新材料股份有限公司 204 車(chē)間稀土焙燒尾氣深度處理項目采用 CANSOLV 有機胺洗滌工藝脫硫。 CANSOLV SO2 洗滌工藝是可再生工藝，采用胺溶液作為二氧化硫吸收劑。 煙氣在吸收塔內與CANSOLV 貧胺液接觸，SO2 被選擇性地吸收。 然后， 含 SO2 的富胺液在一個(gè)稱(chēng)之為“汽提”的過(guò)程中加熱，使吸收反應逆轉，從而解析出純凈的高濃度 SO2氣體。
胺液作為吸收劑在循環(huán)使用過(guò)程中會(huì )反應生成熱穩定性鹽，這類(lèi)鹽無(wú)法通過(guò)加熱去除。由于累積的熱穩定性鹽會(huì )對系統造成損害，因此需要定期對胺液進(jìn)行過(guò)濾和凈化，去除溶液中聚積的熱穩定性鹽。
1 高溫蒸汽流量計的原理及控制
1.1 原理
高溫蒸汽流量計（APU）采用離子交換技術(shù)去除熱穩定性鹽，其主要工作原理：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂選擇性地吸附胺液中的熱穩定性鹽陰離子，在稀堿溶液中熱穩定性鹽陰離子又能從樹(shù)脂上脫附，從而使樹(shù)脂得到再生。
1.2 過(guò)程控制
APU 的運行按照事先設定的程序運行，即嚴格遵循設定的步驟順序。 APU 的正確運行依賴(lài)于每個(gè)步驟的順利完成。 按照預先設定好的步驟完成 1 個(gè)任務(wù)即視為完成 1 個(gè) APU 運行的“周期”。 離子交換的主周期被稱(chēng)為“離子交換周期”。除此之外，整個(gè)控制程序還包含另外 5 個(gè)輔助周期， 分別為反沖洗周期、調節周期、胺液沖洗周期、水沖洗周期、回流液沖洗周期。 這 5 個(gè)周期在維護和非計劃停車(chē)后重新啟動(dòng)時(shí)使用。 PLC 控制各個(gè)周期的說(shuō)明見(jiàn)表 1。

流量參數是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介質(zhì)體積總量通過(guò) 離子交換柱 的體積以 及配管計算 得出，從而推算出每個(gè)周期運行所需要的時(shí)間。
1.3 各運行周期說(shuō)明
APU 工藝流程見(jiàn)圖 1。
1） 離子交換周期。 離子交換周期通過(guò)電導率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數以及定時(shí)器來(lái)控制每一步的體積和流量。整個(gè)周期重復運行，直至完成預先設定的每日離子交換周期運行次數。 運行次數通過(guò)每日抽樣檢測貧胺液中的 HSS 含量是否 到達 CANSOLV 工藝包要求來(lái)設定。 離子交換周期中包含如下 4 個(gè)步驟：（1）離子交換階段：*先，自貧胺液過(guò)濾泵來(lái)的貧胺液從下至上充入離子交換柱。 在樹(shù)脂內進(jìn)行 HSS 脫除，經(jīng)處理后貧胺液輸送返回貧胺罐。 （2）胺液沖洗階段：步驟（1）完成后，除鹽水從上至下引入離子交換柱中， 沖洗掉殘留在樹(shù)脂床中的胺液。 離開(kāi)離子交換柱的洗滌水因含有胺液，所以須輸送返回至貧胺罐中。 （3）樹(shù)脂再生階段：步驟（2）完成后，堿液自上向下引入離子交換柱，對飽和樹(shù)脂進(jìn)行再生。 洗滌完離子交換柱的堿液作為廢水排至廢水處理系統。 （4）堿液沖洗階段：步驟（3）完成后，自上向下向離子交換柱充入除鹽水，沖洗掉殘留在樹(shù)脂床中的堿液。 至此，離子交換周期完畢。

2）反沖洗周期。 離子交換柱在正常運行期間持續出現高壓降時(shí)（PdT01 值高于設定值），手動(dòng)啟動(dòng)反沖洗周期，沖洗掉可能會(huì )堵塞離子交換柱的微粒。本周期中除鹽水自下向上流經(jīng)離子交換柱， 將微粒作為廢物沖洗到廢水處理工序。該周期應重復進(jìn)行，直到樹(shù)脂床的壓力降（PdT01）回歸到正常范圍。
3）調節周期。樹(shù)脂* 1 次投入使用時(shí)，需對樹(shù)脂進(jìn)行“激活”處理。 一般來(lái)說(shuō)，為保持其穩定性，新購樹(shù)脂通常結合了 1 個(gè)羥基。 為保證其活性和在陰離子交換柱中的使用，需先使用堿液對其進(jìn)行“激活”。該周期所產(chǎn)生的廢液送至廢水處理系統。
4）胺液沖洗和水沖洗周期。 PLC 中的胺液沖洗周期和水沖洗周期， 主要用于 APU 發(fā)生非計劃停車(chē)事件時(shí)的重新啟動(dòng)恢復程序。 發(fā)生非計劃停車(chē)事件時(shí)，如果離子交換柱中有胺液，使用胺液沖洗周期程序來(lái)回收殘留的胺液。 該周期將水引入離子交換柱，將胺液沖洗到貧胺罐。 如果離子交換柱中裝有水或堿液，應使用水沖洗周期程序將滯留的液體作為廢液沖洗至廢水處理系統。
5）回流沖洗周期。 胺液每天都需取樣化驗，如果發(fā)現胺液中有不溶或懸浮的過(guò)渡金屬聚集，則每天運行周期結束后需利用回流液對樹(shù)脂進(jìn)行清洗，以防止腐蝕和樹(shù)脂損壞。 如果選擇了此選項，PLC程序會(huì )在每天完成目標數量的離子交換周期后，自動(dòng)執行回流液清洗周期。 各周期閥門(mén)對應開(kāi)關(guān)情況，如表 2 所示。

圖 1 中的閥門(mén) FV01 是用于調節流量的，與流量計 FT01 共同作用，確保管道介質(zhì)按照要求的流速流動(dòng)。 閥門(mén) FV01 一直處于一定開(kāi)度的狀態(tài)。
2 過(guò)程控制的局部?jì)?yōu)化
整個(gè) APU 都是通過(guò) PLC 程序自動(dòng)控制的。程序通過(guò)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)使不同的液體按順序進(jìn)入離子交換柱，使離子交換柱中的液體按順序排出。
2.1 離子交換過(guò)程的控制優(yōu)化
正常的離子交換周期開(kāi)始后，胺液經(jīng)閥門(mén)HV02、HV05 及 HV08 直接進(jìn)入貧胺液罐。這會(huì )使得上個(gè)周期殘留在離子交換柱及管道中的液體（主要是除鹽水）進(jìn)入貧胺罐內，會(huì )對胺液造成“污染”，過(guò)多的除鹽水進(jìn)入胺液會(huì )增加整個(gè)系統的負擔。因此，胺液進(jìn)入后需先將離子交換柱及管道中殘留液排入廢水。先打開(kāi)閥門(mén) HV02、HV05 及 HV07，由于胺液與除鹽水是不溶的，當胺液進(jìn)入后，除鹽水會(huì )被“擠出”管道，排入廢水。 當殘留液排出后，關(guān)閉 HV07，打 開(kāi)HV08。 此時(shí)，經(jīng)離子交換后的“干凈”胺液直接進(jìn)入貧胺罐使用。整個(gè)過(guò)程都是自動(dòng)運行。閥門(mén) HV07 的關(guān)閉和閥門(mén) HV08 的開(kāi)啟是通過(guò)流量計來(lái)控制的。殘留在離子交換柱中的液體及管道中的液體總量 Q可以通過(guò)計算得出， 當流量計的累積值為 Q 時(shí)，認為殘留液已排完，此時(shí)關(guān)閉 HV07，打開(kāi) HV08。 該過(guò)程存在一個(gè)問(wèn)題：假如流量計有故障時(shí)，累積量將無(wú)法達到設定值 Q。 閥門(mén) HV07 將不會(huì )關(guān)閉， 閥門(mén)HV08 也不會(huì )打開(kāi)。 價(jià)格昂貴的胺液將經(jīng)過(guò)閥門(mén)HV07 當作廢水直接排出，造成經(jīng)濟損失。 同時(shí)，由于程序是自動(dòng)運行，操作工也不容易發(fā)現該問(wèn)題。
通過(guò)在程序中設定一時(shí)間值 T=t +△t 可以預防流量計發(fā)生故障造成的胺液誤排。 每次排放廢水的時(shí)間 t 是一個(gè)定值（正常流量排完所需時(shí)間，可以計算得出），△t 的取值為 5~10 s，累積值與 T 進(jìn)行運算。如果流量計正常運行，達到累積值所需時(shí)間為 t，程序正常運行。 當流量計有故障，累積值無(wú)法在 t 時(shí)間內達到設定值， 時(shí)間值達到 T 后自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)HV07，打開(kāi)閥門(mén) HV08，這樣可以有效預防流量計故障造成的誤排。 同時(shí)，將流量計故障信號上傳至 PLC系統，可以幫助操作人員及時(shí)發(fā)現問(wèn)題。
2.2 堿液沖洗過(guò)程的控制優(yōu)化
除鹽水自上向下向進(jìn)入離子交換柱，沖洗掉殘留在樹(shù)脂床中的堿液，該過(guò)程的液體直接排入廢水。為了節約除鹽水的用量，工程實(shí)際操作如下：*先，開(kāi)啟閥門(mén) HV03、HV06 和 HV07。 將沖洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。 剛開(kāi)始時(shí)，沖洗液（除鹽水及堿液）經(jīng)過(guò) AT02（電導率分析儀）是有讀數的；當堿液被沖洗干凈，只剩除鹽水經(jīng)過(guò) AT02 時(shí)，讀數很小，趨近于零?？稍诔绦蛑性O定電導率值，當電導率低于該值時(shí)，程序自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén) HV07，打開(kāi)閥門(mén) HV09，將干凈的除鹽水排至堿液制備槽繼續利用。
3 總結
本文闡述了 CANSOLV 有機胺洗滌工藝中高溫蒸汽流量計的過(guò)程控制，并在實(shí)際工程中對離子交換周期中的離子交換及堿液沖洗的過(guò)程控制進(jìn)行了改進(jìn)。 項目投產(chǎn)運行后，沒(méi)有出現胺液誤排現象，同時(shí)也節約了除鹽水的用量。

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