摘 要 液位變送器在運行過(guò)程中，氨空比聯(lián)鎖出現過(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。

    中國石油蘭州石化公司化肥廠(chǎng)稀液位變送器年設計生產(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、四合一機組系統、氧化鍋爐系統和吸收單元組成。

    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)的氨和四合一機組空壓機來(lái)的空氣按一定比例在氨空混合器內混合后進(jìn)入氧化爐，進(jìn)行氨氧化反應。氨氧化系統 DCS 工藝流程如圖 1 所示。
      氨空比比值低，轉化率低，致使能耗大、生產(chǎn) 成本高，尚未反應完的氨氣滑過(guò)鉑金網(wǎng)，在后續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，有利于提高轉化率、降低消耗，但反應溫度高，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。工藝為保證高轉化率、低消耗，同時(shí)保證安全，必須根據生產(chǎn)需要設定氨空比。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(shí)，氨空比的計算通過(guò)氨流量
FＲSA31002 和 空 氣 流 量 FＲSA31003 在 HONEY- WELL PKS DCS 系 統 中 實(shí) 現。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(shí)，氨空比聯(lián)鎖動(dòng) 作，氨 切 斷 閥 UV31001 和氨壓力調節閥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)。

    設定氨空比后，是由空氣流量和氨空比設定值通過(guò)運算計算出氨流量 FＲSA31002 的設定值的，通過(guò)氨流量調節閥 FV31002 控制入氧化爐氨流量，工藝通過(guò)調整空氣流量控制進(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(jiàn)表 1。
      氣體流量測量系統中，溫壓補償是一個(gè)不可缺少的環(huán)節，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(guò)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。

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

    a． 裝置建設投產(chǎn)時(shí)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(guò)運算實(shí)現，當氨 流 量 表 FT31002 或 空 氣 流 量 表FT31003 指示不準或故障時(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，測量易受干擾。在裝置連續兩次氨空比聯(lián)鎖停車(chē)后，對測量回路進(jìn)行檢查處理發(fā)現 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 的歷史趨勢卻沒(méi)有波動(dòng)痕跡。經(jīng)分析為氨流量曾出現過(guò)瞬時(shí)波動(dòng)，但歷史趨勢采集周期為 1s，氨流量瞬間波動(dòng)在歷史趨勢上沒(méi)有顯示。
    c． 空氣流量 FＲSA31003 曾出現過(guò)頻繁波動(dòng)現象，導致氨空比聯(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壓管凝結，進(jìn)入流量表變送器膜盒，造成空氣流量 FＲSA31003 測量不準，出現波動(dòng)。
    d． 運行過(guò)程中發(fā)現氨流量調節閥 FV31002控制過(guò)于敏感，導致氨流量 FＲSA31002 常出現波動(dòng)。
    e． 參與氨流量溫壓補償的 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 溫壓補償后的值也顯示 NAN。同樣，參與空氣流量溫壓補償的空氣壓力 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的溫度或壓力故障顯示無(wú)效值 NAN 時(shí)，氨空比聯(lián)鎖將無(wú)法正常運行。
 
    2． 2 解決方案
    為提高氨空比聯(lián)鎖可靠性，保障裝置安全穩定長(cháng)周期運行，針對氨空比聯(lián)鎖存在的問(wèn)題進(jìn)行了以下調整優(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(jìn) DCS 系統 3 個(gè)不同的冗余 AI 卡，3 臺空氣流量表測量信號也分別進(jìn) DCS 系統 3 個(gè)不同控制器的3 塊冗余 AI 卡，在 DCS 系統分別對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(shí)間，防止空氣流量或氨流量因干擾而出現瞬間波動(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 參與氨流量調節閥FV31002 的控制，調整氨流量控制回路 PID 參數，讓調節閥動(dòng)作趨于平穩。

    d． 將 3 臺空氣流量表 FT31003 /B /C 導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對空氣流量測量產(chǎn)生影響。

    e． 在DCS系統中對參與氨流量 FＲ- SA31002 /B /C 和空氣流量 FＲSA31003 /B /C 的溫壓補償的溫度和壓力進(jìn)行設置。當氨壓力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 判斷為測量指示異常，發(fā)出聲光報警，DCS 邏輯自動(dòng)選取根據經(jīng)驗設定的固定值進(jìn)行溫壓補償，工藝操作人員及時(shí)聯(lián)系儀表維護人員處理解決故障。通過(guò)該設置，可有效降低因參與溫壓補償的溫度、壓力異常對氨空比聯(lián)鎖造成的影響。

    3 結束語(yǔ)
    通過(guò)對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，化驗室通過(guò)取樣化驗，化驗數據與氨空比比值相符，解決了困擾稀液位變送器安全穩定運行的難題，為裝置安全穩定運行提供了保障，具有一定的推廣應用價(jià)值。