淺析如何對高溫蒸汽流量計進行局部的控製及優化
點擊（jī）次數：2377 發布（bù）時間（jiān）：2021-01-07 15:17:09
摘要：介（jiè）紹了加拿大 CANSOLV 高溫（wēn）蒸汽流量（liàng）計的原理和技術特點。 以甘肅稀土焙燒尾氣深度處理項目為（wéi）例，在原（yuán）工藝控製基礎上，對高溫蒸汽流量（liàng）計離子交（jiāo）換（huàn）及堿（jiǎn）液衝（chōng）洗過程控製進行的局部優化。 項（xiàng）目投產運行後（hòu），沒（méi）有出（chū）現胺（àn）液（yè）誤排現象，同（tóng）時也節約了除鹽水的用量。
甘肅稀（xī）土新材料股份（fèn）有限公司 204 車間稀土焙燒尾氣深（shēn）度（dù）處理項（xiàng）目采用（yòng） CANSOLV 有機（jī）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（zuò）為二氧化硫吸收劑。 煙氣在吸收塔內與（yǔ）CANSOLV 貧胺液接（jiē）觸，SO2 被選擇性地吸收。 然（rán）後， 含 SO2 的富胺（àn）液在一個稱之為“汽提”的過程中（zhōng）加熱，使吸（xī）收反應（yīng）逆轉，從而解（jiě）析出純淨的高（gāo）濃（nóng）度 SO2氣體。
胺液作為吸收劑在循環（huán）使用（yòng）過程（chéng）中會反應生成（chéng）熱穩定性鹽，這類鹽無法通過加熱去除（chú）。由於（yú）累積的熱穩定性鹽（yán）會（huì）對係統造成損害，因此需要定期對胺液進行過濾和淨化，去除溶液（yè）中聚（jù）積的熱穩定性鹽。
1 高溫蒸汽流量計（jì）的原（yuán）理及控製
1.1 原（yuán）理
高溫蒸汽流量計（APU）采（cǎi）用離子交（jiāo）換技術去除熱穩定性鹽，其主要工作原理：陽離子交換樹（shù）脂（zhī）選擇（zé）性地吸附胺液（yè）中的（de）熱穩定性鹽陰離子，在稀堿溶液中熱穩（wěn）定性鹽陰離子又能從樹脂上脫（tuō）附，從而使樹（shù）脂得到再生。
1.2 過程控製（zhì）
APU 的運（yùn）行按照（zhào）事先設定的程序（xù）運（yùn）行，即嚴格遵循設定的步驟順（shùn）序。 APU 的正確（què）運行依賴於每個步驟的順利完成。 按照預先設定好的步驟完成 1 個任務即視為完（wán）成 1 個 APU 運行的“周期”。 離子交換的主周期被稱為“離（lí）子交換周（zhōu）期”。除此之外，整個控製程序還包（bāo）含另外 5 個輔助（zhù）周（zhōu）期， 分別為反衝洗周期、調節周期、胺液（yè）衝洗周（zhōu）期、水（shuǐ）衝洗周期、回流（liú）液衝洗周期。 這 5 個（gè）周期在維護和非計劃停車後（hòu）重新啟動時使用。 PLC 控製各個周期的說明見表 1。
流量參數是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介質體積（jī）總量通過 離子交換柱 的體積以 及配管計算 得出，從而（ér）推算出（chū）每個周期運行所需要的時間。
1.3 各運行周期說（shuō）明
APU 工藝流程見圖 1。
1） 離子交換周期。 離子交換周期通過電導率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數以及定（dìng）時器來（lái）控製每一步（bù）的體積和流量。整個周期重複運行，直至完成預先（xiān）設定（dìng）的每日離子交換周期運行次（cì）數。 運（yùn）行次數通過每日抽樣檢測貧胺液中的 HSS 含量是（shì）否 到達 CANSOLV 工藝包要求來設定。 離子交換周期（qī）中包含如下 4 個步驟：（1）離子交（jiāo）換階段：*先，自貧胺液過濾泵來的貧胺液從（cóng）下至上充入離子交（jiāo）換柱。 在樹脂內進（jìn）行 HSS 脫除，經處理後貧胺液輸送返回貧胺罐。 （2）胺液衝洗階（jiē）段：步驟（1）完成後，除鹽水從（cóng）上至下引入離子交換柱（zhù）中， 衝（chōng）洗（xǐ）掉殘留在樹脂床中的胺液。 離開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）樹脂再生（shēng）階（jiē）段：步驟（zhòu）（2）完成後，堿液自上向下引入離子交換柱，對飽和樹（shù）脂進行再（zài）生。 洗滌完（wán）離子交（jiāo）換（huàn）柱的（de）堿液作為（wéi）廢水排至廢水處理係統。 （4）堿液衝洗階（jiē）段：步驟（3）完成後，自上向下向離子交換柱充（chōng）入除鹽（yán）水，衝洗掉（diào）殘（cán）留（liú）在樹脂床中的堿液。 至此，離子（zǐ）交換周期完畢。
2）反衝洗周期。 離子（zǐ）交換柱在正常運行期間持續出現高壓降時（shí）（PdT01 值高於設定值），手（shǒu）動啟動反衝洗（xǐ）周期，衝洗（xǐ）掉可能會堵塞離子交換柱的微粒。本周期（qī）中除鹽水自下向上流經離子交換柱， 將微粒作為廢物衝洗到廢水處理工序。該（gāi）周期應重複進行，直到樹脂（zhī）床的壓力降（PdT01）回歸到正常範圍。
3）調節周期。樹脂* 1 次（cì）投入使用時，需對樹脂進（jìn）行“激（jī）活（huó）”處理。 一般來說，為保（bǎo）持其穩定性，新（xīn）購樹（shù）脂通常結合了 1 個羥基。 為保（bǎo）證其活性和（hé）在（zài）陰離子交換柱中的使用，需（xū）先（xiān）使用堿液對其進行“激活”。該周期所產生的廢液送至廢水處理係統。
4）胺液衝洗和水（shuǐ）衝洗周期。 PLC 中的胺液衝洗周期和水衝洗周期， 主要用於 APU 發生非計劃停車事件時的重新啟動恢複程序。 發生非（fēi）計劃停車事件時，如果離子交換柱中有胺液（yè），使用胺液衝（chōng）洗周期程序來回（huí）收殘（cán）留的胺液。 該周期將水引入（rù）離子（zǐ）交換柱，將（jiāng）胺液衝洗到貧胺罐。 如果離子交換柱中裝有水或堿液，應使用水衝洗周期程序將滯留的液體作為廢液（yè）衝洗至廢水處理係統。
5）回流衝洗周期。 胺液每天都需取樣（yàng）化驗，如果發現胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚（jù）集（jí），則每天運行周期結束後需利用回流液對樹脂進行（háng）清（qīng）洗，以防止腐（fǔ）蝕（shí）和樹脂損壞。 如果選擇了此選項，PLC程序會在每天完成目標數量的（de）離子交換周期後，自動執行回流液（yè）清洗（xǐ）周期。 各周期閥門對應（yīng）開關情（qíng）況，如表 2 所（suǒ）示。
圖 1 中的閥門 FV01 是用於調節流量的，與流量計 FT01 共同作用，確保管道介質按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處於一定開度（dù）的（de）狀態。
2 過程控製的局部優化
整個 APU 都是（shì）通過 PLC 程序自動控製的。程序通過控製閥門的開關使不（bú）同的液體按順序進入離子交換柱，使（shǐ）離子交換柱（zhù）中的液體按順序排（pái）出。
2.1 離子交（jiāo）換過程的控製優化
正常的離（lí）子交換周期開始後，胺液（yè）經閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進入貧胺液罐。這會使得上個周期殘留在離子交換柱及管道中的液（yè）體（主要是除鹽水）進入貧胺罐內，會對胺液造（zào）成“汙染”，過多的除（chú）鹽水進入胺液（yè）會增加整個係統的負擔。因此，胺液進入後需先將（jiāng）離子交換（huàn）柱及（jí）管道中殘留液排入（rù）廢水（shuǐ）。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由於（yú）胺液（yè）與除（chú）鹽水是不溶的，當（dāng）胺液進入後（hòu），除鹽（yán）水（shuǐ）會被“擠出”管道，排入廢水。 當殘留液排出後，關閉 HV07，打 開HV08。 此時，經離子交換後的“幹淨”胺液直接進入貧胺罐使用。整個過程都是自動（dòng）運行。閥門 HV07 的關閉（bì）和閥門 HV08 的開（kāi）啟是通過流量計來（lái）控製的。殘留在離子交換（huàn）柱中的液體（tǐ）及管道中的液體總量 Q可以通過計（jì）算得出， 當流量計的累積值為 Q 時，認為殘留液已（yǐ）排完，此時關閉 HV07，打開（kāi） HV08。 該過程存在一個問題：假如流量計（jì）有故障時，累（lèi）積量（liàng）將無法達到設定值 Q。 閥門 HV07 將不會關閉， 閥門HV08 也（yě）不會（huì）打開。 價格昂（áng）貴的胺液（yè）將經過閥門（mén）HV07 當作廢水直（zhí）接排出，造成經濟損失。 同時，由於程序是自動運行，操作工（gōng）也不容易發現該（gāi）問（wèn）題。
通過在程序中設定一時間值 T=t +△t 可以預防流量計發生故障造成的胺液誤排。 每次排放（fàng）廢（fèi）水的時間（jiān） t 是一個定值（正常流量排完所需時間，可以計（jì）算得出（chū）），△t 的取值為（wéi） 5~10 s，累積值與 T 進（jìn）行運算。如（rú）果流量計正（zhèng）常運行，達到累積值所需時間為 t，程序正常運行。 當流量計有故障，累積值無法在 t 時間內達到設（shè）定值， 時間值達到 T 後自動關閉閥門（mén）HV07，打開閥門（mén） HV08，這樣可以（yǐ）有效預防流量計故障（zhàng）造成的誤排。 同時，將流量計故障信號上傳至 PLC係統，可以幫助操作人員及時發現問題。
2.2 堿液衝洗過（guò）程的控製優（yōu）化
除鹽水自上向（xiàng）下（xià）向進入離子交（jiāo）換柱（zhù），衝洗掉殘留在樹脂（zhī）床中的（de）堿液，該過程的液體直接排（pái）入廢水（shuǐ）。為了節約除鹽（yán）水的用量，工程實際操作如下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將衝洗（xǐ）液（除鹽水及堿液）排（pái）至廢水。 剛（gāng）開始時，衝洗液（除鹽水及堿液）經過 AT02（電導率分析儀）是（shì）有讀數的；當堿液（yè）被衝洗幹淨（jìng），隻剩除鹽水經過 AT02 時，讀數很小，趨近於零。可在程序中設（shè）定電導率值，當電導率低於該（gāi）值時，程序自動關閉閥門 HV07，打開閥門 HV09，將幹淨（jìng）的除鹽（yán）水排至堿液（yè）製（zhì）備槽繼續利用（yòng）。
3 總結
本文闡述了 CANSOLV 有機胺洗滌工藝中高溫蒸汽流（liú）量（liàng）計的過程控製，並在實際工程中對離子（zǐ）交換周期中的離（lí）子交換及堿液衝洗的過程（chéng）控製進行了改進。 項目投（tóu）產運行後，沒有出現胺液誤排現象，同時也節約了除鹽水的用量。
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甘肅稀（xī）土新材料股份（fèn）有限公司 204 車間稀土焙燒尾氣深（shēn）度（dù）處理項（xiàng）目采用（yòng） CANSOLV 有機（jī）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（zuò）為二氧化硫吸收劑。 煙氣在吸收塔內與（yǔ）CANSOLV 貧胺液接（jiē）觸，SO2 被選擇性地吸收。 然（rán）後， 含 SO2 的富胺（àn）液在一個稱之為“汽提”的過程中（zhōng）加熱，使吸（xī）收反應（yīng）逆轉，從而解（jiě）析出純淨的高（gāo）濃（nóng）度 SO2氣體。
胺液作為吸收劑在循環（huán）使用（yòng）過程（chéng）中會反應生成（chéng）熱穩定性鹽，這類鹽無法通過加熱去除（chú）。由於（yú）累積的熱穩定性鹽（yán）會（huì）對係統造成損害，因此需要定期對胺液進行過濾和淨化，去除溶液（yè）中聚（jù）積的熱穩定性鹽。
1 高溫蒸汽流量計（jì）的原（yuán）理及控製
1.1 原（yuán）理
高溫蒸汽流量計（APU）采（cǎi）用離子交（jiāo）換技術去除熱穩定性鹽，其主要工作原理：陽離子交換樹（shù）脂（zhī）選擇（zé）性地吸附胺液（yè）中的（de）熱穩定性鹽陰離子，在稀堿溶液中熱穩（wěn）定性鹽陰離子又能從樹脂上脫（tuō）附，從而使樹（shù）脂得到再生。
1.2 過程控製（zhì）
APU 的運（yùn）行按照（zhào）事先設定的程序（xù）運（yùn）行，即嚴格遵循設定的步驟順（shùn）序。 APU 的正確（què）運行依賴於每個步驟的順利完成。 按照預先設定好的步驟完成 1 個任務即視為完（wán）成 1 個 APU 運行的“周期”。 離子交換的主周期被稱為“離（lí）子交換周（zhōu）期”。除此之外，整個控製程序還包（bāo）含另外 5 個輔助（zhù）周（zhōu）期， 分別為反衝洗周期、調節周期、胺液（yè）衝洗周（zhōu）期、水（shuǐ）衝洗周期、回流（liú）液衝洗周期。 這 5 個（gè）周期在維護和非計劃停車後（hòu）重新啟動時使用。 PLC 控製各個周期的說明見表 1。
流量參數是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介質體積（jī）總量通過 離子交換柱 的體積以 及配管計算 得出，從而（ér）推算出（chū）每個周期運行所需要的時間。
1.3 各運行周期說（shuō）明
APU 工藝流程見圖 1。
1） 離子交換周期。 離子交換周期通過電導率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數以及定（dìng）時器來（lái）控製每一步（bù）的體積和流量。整個周期重複運行，直至完成預先（xiān）設定（dìng）的每日離子交換周期運行次（cì）數。 運（yùn）行次數通過每日抽樣檢測貧胺液中的 HSS 含量是（shì）否 到達 CANSOLV 工藝包要求來設定。 離子交換周期（qī）中包含如下 4 個步驟：（1）離子交（jiāo）換階段：*先，自貧胺液過濾泵來的貧胺液從（cóng）下至上充入離子交（jiāo）換柱。 在樹脂內進（jìn）行 HSS 脫除，經處理後貧胺液輸送返回貧胺罐。 （2）胺液衝洗階（jiē）段：步驟（1）完成後，除鹽水從（cóng）上至下引入離子交換柱（zhù）中， 衝（chōng）洗（xǐ）掉殘留在樹脂床中的胺液。 離開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）樹脂再生（shēng）階（jiē）段：步驟（zhòu）（2）完成後，堿液自上向下引入離子交換柱，對飽和樹（shù）脂進行再（zài）生。 洗滌完（wán）離子交（jiāo）換（huàn）柱的（de）堿液作為（wéi）廢水排至廢水處理係統。 （4）堿液衝洗階（jiē）段：步驟（3）完成後，自上向下向離子交換柱充（chōng）入除鹽（yán）水，衝洗掉（diào）殘（cán）留（liú）在樹脂床中的堿液。 至此，離子（zǐ）交換周期完畢。
2）反衝洗周期。 離子（zǐ）交換柱在正常運行期間持續出現高壓降時（shí）（PdT01 值高於設定值），手（shǒu）動啟動反衝洗（xǐ）周期，衝洗（xǐ）掉可能會堵塞離子交換柱的微粒。本周期（qī）中除鹽水自下向上流經離子交換柱， 將微粒作為廢物衝洗到廢水處理工序。該（gāi）周期應重複進行，直到樹脂（zhī）床的壓力降（PdT01）回歸到正常範圍。
3）調節周期。樹脂* 1 次（cì）投入使用時，需對樹脂進（jìn）行“激（jī）活（huó）”處理。 一般來說，為保（bǎo）持其穩定性，新（xīn）購樹（shù）脂通常結合了 1 個羥基。 為保（bǎo）證其活性和（hé）在（zài）陰離子交換柱中的使用，需（xū）先（xiān）使用堿液對其進行“激活”。該周期所產生的廢液送至廢水處理係統。
4）胺液衝洗和水（shuǐ）衝洗周期。 PLC 中的胺液衝洗周期和水衝洗周期， 主要用於 APU 發生非計劃停車事件時的重新啟動恢複程序。 發生非（fēi）計劃停車事件時，如果離子交換柱中有胺液（yè），使用胺液衝（chōng）洗周期程序來回（huí）收殘（cán）留的胺液。 該周期將水引入（rù）離子（zǐ）交換柱，將（jiāng）胺液衝洗到貧胺罐。 如果離子交換柱中裝有水或堿液，應使用水衝洗周期程序將滯留的液體作為廢液（yè）衝洗至廢水處理係統。
5）回流衝洗周期。 胺液每天都需取樣（yàng）化驗，如果發現胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚（jù）集（jí），則每天運行周期結束後需利用回流液對樹脂進行（háng）清（qīng）洗，以防止腐（fǔ）蝕（shí）和樹脂損壞。 如果選擇了此選項，PLC程序會在每天完成目標數量的（de）離子交換周期後，自動執行回流液（yè）清洗（xǐ）周期。 各周期閥門對應（yīng）開關情（qíng）況，如表 2 所（suǒ）示。
圖 1 中的閥門 FV01 是用於調節流量的，與流量計 FT01 共同作用，確保管道介質按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處於一定開度（dù）的（de）狀態。
2 過程控製的局部優化
整個 APU 都是（shì）通過 PLC 程序自動控製的。程序通過控製閥門的開關使不（bú）同的液體按順序進入離子交換柱，使（shǐ）離子交換柱（zhù）中的液體按順序排（pái）出。
2.1 離子交（jiāo）換過程的控製優化
正常的離（lí）子交換周期開始後，胺液（yè）經閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進入貧胺液罐。這會使得上個周期殘留在離子交換柱及管道中的液（yè）體（主要是除鹽水）進入貧胺罐內，會對胺液造（zào）成“汙染”，過多的除（chú）鹽水進入胺液（yè）會增加整個係統的負擔。因此，胺液進入後需先將（jiāng）離子交換（huàn）柱及（jí）管道中殘留液排入（rù）廢水（shuǐ）。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由於（yú）胺液（yè）與除（chú）鹽水是不溶的，當（dāng）胺液進入後（hòu），除鹽（yán）水（shuǐ）會被“擠出”管道，排入廢水。 當殘留液排出後，關閉 HV07，打 開HV08。 此時，經離子交換後的“幹淨”胺液直接進入貧胺罐使用。整個過程都是自動（dòng）運行。閥門 HV07 的關閉（bì）和閥門 HV08 的開（kāi）啟是通過流量計來（lái）控製的。殘留在離子交換（huàn）柱中的液體（tǐ）及管道中的液體總量 Q可以通過計（jì）算得出， 當流量計的累積值為 Q 時，認為殘留液已（yǐ）排完，此時關閉 HV07，打開（kāi） HV08。 該過程存在一個問題：假如流量計（jì）有故障時，累（lèi）積量（liàng）將無法達到設定值 Q。 閥門 HV07 將不會關閉， 閥門HV08 也（yě）不會（huì）打開。 價格昂（áng）貴的胺液（yè）將經過閥門（mén）HV07 當作廢水直（zhí）接排出，造成經濟損失。 同時，由於程序是自動運行，操作工（gōng）也不容易發現該（gāi）問（wèn）題。
通過在程序中設定一時間值 T=t +△t 可以預防流量計發生故障造成的胺液誤排。 每次排放（fàng）廢（fèi）水的時間（jiān） t 是一個定值（正常流量排完所需時間，可以計（jì）算得出（chū）），△t 的取值為（wéi） 5~10 s，累積值與 T 進（jìn）行運算。如（rú）果流量計正（zhèng）常運行，達到累積值所需時間為 t，程序正常運行。 當流量計有故障，累積值無法在 t 時間內達到設（shè）定值， 時間值達到 T 後自動關閉閥門（mén）HV07，打開閥門（mén） HV08，這樣可以（yǐ）有效預防流量計故障（zhàng）造成的誤排。 同時，將流量計故障信號上傳至 PLC係統，可以幫助操作人員及時發現問題。
2.2 堿液衝洗過（guò）程的控製優（yōu）化
除鹽水自上向（xiàng）下（xià）向進入離子交（jiāo）換柱（zhù），衝洗掉殘留在樹脂（zhī）床中的（de）堿液，該過程的液體直接排（pái）入廢水（shuǐ）。為了節約除鹽（yán）水的用量，工程實際操作如下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將衝洗（xǐ）液（除鹽水及堿液）排（pái）至廢水。 剛（gāng）開始時，衝洗液（除鹽水及堿液）經過 AT02（電導率分析儀）是（shì）有讀數的；當堿液（yè）被衝洗幹淨（jìng），隻剩除鹽水經過 AT02 時，讀數很小，趨近於零。可在程序中設（shè）定電導率值，當電導率低於該（gāi）值時，程序自動關閉閥門 HV07，打開閥門 HV09，將幹淨（jìng）的除鹽（yán）水排至堿液（yè）製（zhì）備槽繼續利用（yòng）。
3 總結
本文闡述了 CANSOLV 有機胺洗滌工藝中高溫蒸汽流（liú）量（liàng）計的過程控製，並在實際工程中對離子（zǐ）交換周期中的離（lí）子交換及堿液衝洗的過程（chéng）控製進行了改進。 項目投（tóu）產運行後，沒有出現胺液誤排現象，同時也節約了除鹽水的用量。
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