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淺析如何對dn50渦街流量計(jì)進(jìn)行局部的控制及優(yōu)化
點(diǎn)擊次數(shù)：2567 發(fā)布時間：2021-01-06 11:23:42
摘要：介紹了加拿大 CANSOLV dn50渦街流量計(jì)的原理和技術(shù)特點(diǎn)。 以甘肅稀土焙燒尾氣深度處理項(xiàng)目為例，在原工藝控制基礎(chǔ)上，對dn50渦街流量計(jì)離子交換及堿液沖洗過程控制進(jìn)行的局部優(yōu)化。 項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，沒有出現(xiàn)胺液誤排現(xiàn)象，同時也節(jié)約了除鹽水的用量。
甘肅稀土新材料股份有限公司 204 車間稀土焙燒尾氣深度處理項(xiàng)目采用 CANSOLV 有機(jī)胺洗滌工藝脫硫。 CANSOLV SO2 洗滌工藝是可再生工藝，采用胺溶液作為二氧化硫吸收劑。 煙氣在吸收塔內(nèi)與CANSOLV 貧胺液接觸，SO2 被選擇性地吸收。 然后， 含 SO2 的富胺液在一個稱之為“汽提”的過程中加熱，使吸收反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，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)使用過程中會反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性鹽，這類鹽無法通過加熱去除。由于累積的熱穩(wěn)定性鹽會對系統(tǒng)造成損害，因此需要定期對胺液進(jìn)行過濾和凈化，去除溶液中聚積的熱穩(wěn)定性鹽。
1 dn50渦街流量計(jì)的原理及控制
1.1 原理
dn50渦街流量計(jì)（APU）采用離子交換技術(shù)去除熱穩(wěn)定性鹽，其主要工作原理：陽離子交換樹脂選擇性地吸附胺液中的熱穩(wěn)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附，從而使樹脂得到再生。
1.2 過程控制
APU 的運(yùn)行按照事先設(shè)定的程序運(yùn)行，即嚴(yán)格遵循設(shè)定的步驟順序。 APU 的正確運(yùn)行依賴于每個步驟的順利完成。 按照預(yù)先設(shè)定好的步驟完成 1 個任務(wù)即視為完成 1 個 APU 運(yùn)行的“周期”。 離子交換的主周期被稱為“離子交換周期”。除此之外，整個控制程序還包含另外 5 個輔助周期， 分別為反沖洗周期、調(diào)節(jié)周期、胺液沖洗周期、水沖洗周期、回流液沖洗周期。 這 5 個周期在維護(hù)和非計(jì)劃停車后重新啟動時使用。 PLC 控制各個周期的說明見表 1。
流量參數(shù)是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介質(zhì)體積總量通過 離子交換柱 的體積以 及配管計(jì)算 得出，從而推算出每個周期運(yùn)行所需要的時間。
1.3 各運(yùn)行周期說明
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(dǎo)率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數(shù)以及定時器來控制每一步的體積和流量。整個周期重復(fù)運(yùn)行，直至完成預(yù)先設(shè)定的每日離子交換周期運(yùn)行次數(shù)。 運(yùn)行次數(shù)通過每日抽樣檢測貧胺液中的 HSS 含量是否 到達(dá) CANSOLV 工藝包要求來設(shè)定。 離子交換周期中包含如下 4 個步驟：（1）離子交換階段：*先，自貧胺液過濾泵來的貧胺液從下至上充入離子交換柱。 在樹脂內(nèi)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(tǒng)。 （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(yùn)行期間持續(xù)出現(xiàn)高壓降時（PdT01 值高于設(shè)定值），手動啟動反沖洗周期，沖洗掉可能會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(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直到樹脂床的壓力降（PdT01）回歸到正常范圍。
3）調(diào)節(jié)周期。樹脂* 1 次投入使用時，需對樹脂進(jìn)行“激活”處理。 一般來說，為保持其穩(wěn)定性，新購樹脂通常結(jié)合了 1 個羥基。 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(tǒng)。
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(jì)劃停車事件時的重新啟動恢復(fù)程序。 發(fā)生非計(jì)劃停車事件時，如果離子交換柱中有胺液，使用胺液沖洗周期程序來回收殘留的胺液。 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(yīng)使用水沖洗周期程序?qū)舻囊后w作為廢液沖洗至廢水處理系統(tǒng)。
5）回流沖洗周期。 胺液每天都需取樣化驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚集，則每天運(yùn)行周期結(jié)束后需利用回流液對樹脂進(jìn)行清洗，以防止腐蝕和樹脂損壞。 如果選擇了此選項(xiàng)，PLC程序會在每天完成目標(biāo)數(shù)量的離子交換周期后，自動執(zhí)行回流液清洗周期。 各周期閥門對應(yīng)開關(guān)情況，如表 2 所示。
圖 1 中的閥門 FV01 是用于調(diào)節(jié)流量的，與流量計(jì) FT01 共同作用，確保管道介質(zhì)按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處于一定開度的狀態(tài)。
2 過程控制的局部優(yōu)化
整個 APU 都是通過 PLC 程序自動控制的。程序通過控制閥門的開關(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 離子交換過程的控制優(yōu)化
正常的離子交換周期開始后，胺液經(jīng)閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進(jìn)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體（主要是除鹽水）進(jìn)入貧胺罐內(nèi)，會對胺液造成“污染”，過多的除鹽水進(jìn)入胺液會增加整個系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。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。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由于胺液與除鹽水是不溶的，當(dāng)胺液進(jìn)入后，除鹽水會被“擠出”管道，排入廢水。 當(dāng)殘留液排出后，關(guān)閉 HV07，打 開HV08。 此時，經(jīng)離子交換后的“干凈”胺液直接進(jìn)入貧胺罐使用。整個過程都是自動運(yùn)行。閥門 HV07 的關(guān)閉和閥門 HV08 的開啟是通過流量計(jì)來控制的。殘留在離子交換柱中的液體及管道中的液體總量 Q可以通過計(jì)算得出， 當(dāng)流量計(jì)的累積值為 Q 時，認(rèn)為殘留液已排完，此時關(guān)閉 HV07，打開 HV08。 該過程存在一個問題：假如流量計(jì)有故障時，累積量將無法達(dá)到設(shè)定值 Q。 閥門 HV07 將不會關(guān)閉， 閥門HV08 也不會打開。 價(jià)格昂貴的胺液將經(jīng)過閥門HV07 當(dāng)作廢水直接排出，造成經(jīng)濟(jì)損失。 同時，由于程序是自動運(yùn)行，操作工也不容易發(fā)現(xiàn)該問題。
通過在程序中設(shè)定一時間值 T=t +△t 可以預(yù)防流量計(jì)發(fā)生故障造成的胺液誤排。 每次排放廢水的時間 t 是一個定值（正常流量排完所需時間，可以計(jì)算得出），△t 的取值為 5~10 s，累積值與 T 進(jìn)行運(yùn)算。如果流量計(jì)正常運(yùn)行，達(dá)到累積值所需時間為 t，程序正常運(yùn)行。 當(dāng)流量計(jì)有故障，累積值無法在 t 時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值， 時間值達(dá)到 T 后自動關(guān)閉閥門HV07，打開閥門 HV08，這樣可以有效預(yù)防流量計(jì)故障造成的誤排。 同時，將流量計(jì)故障信號上傳至 PLC系統(tǒng)，可以幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題。
2.2 堿液沖洗過程的控制優(yōu)化
除鹽水自上向下向進(jìn)入離子交換柱，沖洗掉殘留在樹脂床中的堿液，該過程的液體直接排入廢水。為了節(jié)約除鹽水的用量，工程實(shí)際操作如下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將沖洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。 剛開始時，沖洗液（除鹽水及堿液）經(jīng)過 AT02（電導(dǎo)率分析儀）是有讀數(shù)的；當(dāng)堿液被沖洗干凈，只剩除鹽水經(jīng)過 AT02 時，讀數(shù)很小，趨近于零。可在程序中設(shè)定電導(dǎo)率值，當(dāng)電導(dǎo)率低于該值時，程序自動關(guān)閉閥門 HV07，打開閥門 HV09，將干凈的除鹽水排至堿液制備槽繼續(xù)利用。
3 總結(jié)
本文闡述了 CANSOLV 有機(jī)胺洗滌工藝中dn50渦街流量計(jì)的過程控制，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程控制進(jìn)行了改進(jìn)。 項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，沒有出現(xiàn)胺液誤排現(xiàn)象，同時也節(jié)約了除鹽水的用量。
甘肅稀土新材料股份有限公司 204 車間稀土焙燒尾氣深度處理項(xiàng)目采用 CANSOLV 有機(jī)胺洗滌工藝脫硫。 CANSOLV SO2 洗滌工藝是可再生工藝，采用胺溶液作為二氧化硫吸收劑。 煙氣在吸收塔內(nèi)與CANSOLV 貧胺液接觸，SO2 被選擇性地吸收。 然后， 含 SO2 的富胺液在一個稱之為“汽提”的過程中加熱，使吸收反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，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)使用過程中會反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性鹽，這類鹽無法通過加熱去除。由于累積的熱穩(wěn)定性鹽會對系統(tǒng)造成損害，因此需要定期對胺液進(jìn)行過濾和凈化，去除溶液中聚積的熱穩(wěn)定性鹽。
1 dn50渦街流量計(jì)的原理及控制
1.1 原理
dn50渦街流量計(jì)（APU）采用離子交換技術(shù)去除熱穩(wěn)定性鹽，其主要工作原理：陽離子交換樹脂選擇性地吸附胺液中的熱穩(wěn)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附，從而使樹脂得到再生。
1.2 過程控制
APU 的運(yùn)行按照事先設(shè)定的程序運(yùn)行，即嚴(yán)格遵循設(shè)定的步驟順序。 APU 的正確運(yùn)行依賴于每個步驟的順利完成。 按照預(yù)先設(shè)定好的步驟完成 1 個任務(wù)即視為完成 1 個 APU 運(yùn)行的“周期”。 離子交換的主周期被稱為“離子交換周期”。除此之外，整個控制程序還包含另外 5 個輔助周期， 分別為反沖洗周期、調(diào)節(jié)周期、胺液沖洗周期、水沖洗周期、回流液沖洗周期。 這 5 個周期在維護(hù)和非計(jì)劃停車后重新啟動時使用。 PLC 控制各個周期的說明見表 1。
流量參數(shù)是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介質(zhì)體積總量通過 離子交換柱 的體積以 及配管計(jì)算 得出，從而推算出每個周期運(yùn)行所需要的時間。
1.3 各運(yùn)行周期說明
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(dǎo)率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數(shù)以及定時器來控制每一步的體積和流量。整個周期重復(fù)運(yùn)行，直至完成預(yù)先設(shè)定的每日離子交換周期運(yùn)行次數(shù)。 運(yùn)行次數(shù)通過每日抽樣檢測貧胺液中的 HSS 含量是否 到達(dá) CANSOLV 工藝包要求來設(shè)定。 離子交換周期中包含如下 4 個步驟：（1）離子交換階段：*先，自貧胺液過濾泵來的貧胺液從下至上充入離子交換柱。 在樹脂內(nèi)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(tǒng)。 （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(yùn)行期間持續(xù)出現(xiàn)高壓降時（PdT01 值高于設(shè)定值），手動啟動反沖洗周期，沖洗掉可能會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(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直到樹脂床的壓力降（PdT01）回歸到正常范圍。
3）調(diào)節(jié)周期。樹脂* 1 次投入使用時，需對樹脂進(jìn)行“激活”處理。 一般來說，為保持其穩(wěn)定性，新購樹脂通常結(jié)合了 1 個羥基。 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(tǒng)。
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(jì)劃停車事件時的重新啟動恢復(fù)程序。 發(fā)生非計(jì)劃停車事件時，如果離子交換柱中有胺液，使用胺液沖洗周期程序來回收殘留的胺液。 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(yīng)使用水沖洗周期程序?qū)舻囊后w作為廢液沖洗至廢水處理系統(tǒng)。
5）回流沖洗周期。 胺液每天都需取樣化驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚集，則每天運(yùn)行周期結(jié)束后需利用回流液對樹脂進(jìn)行清洗，以防止腐蝕和樹脂損壞。 如果選擇了此選項(xiàng)，PLC程序會在每天完成目標(biāo)數(shù)量的離子交換周期后，自動執(zhí)行回流液清洗周期。 各周期閥門對應(yīng)開關(guān)情況，如表 2 所示。
圖 1 中的閥門 FV01 是用于調(diào)節(jié)流量的，與流量計(jì) FT01 共同作用，確保管道介質(zhì)按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處于一定開度的狀態(tài)。
2 過程控制的局部優(yōu)化
整個 APU 都是通過 PLC 程序自動控制的。程序通過控制閥門的開關(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 離子交換過程的控制優(yōu)化
正常的離子交換周期開始后，胺液經(jīng)閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進(jìn)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體（主要是除鹽水）進(jìn)入貧胺罐內(nèi)，會對胺液造成“污染”，過多的除鹽水進(jìn)入胺液會增加整個系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。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。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由于胺液與除鹽水是不溶的，當(dāng)胺液進(jìn)入后，除鹽水會被“擠出”管道，排入廢水。 當(dāng)殘留液排出后，關(guān)閉 HV07，打 開HV08。 此時，經(jīng)離子交換后的“干凈”胺液直接進(jìn)入貧胺罐使用。整個過程都是自動運(yùn)行。閥門 HV07 的關(guān)閉和閥門 HV08 的開啟是通過流量計(jì)來控制的。殘留在離子交換柱中的液體及管道中的液體總量 Q可以通過計(jì)算得出， 當(dāng)流量計(jì)的累積值為 Q 時，認(rèn)為殘留液已排完，此時關(guān)閉 HV07，打開 HV08。 該過程存在一個問題：假如流量計(jì)有故障時，累積量將無法達(dá)到設(shè)定值 Q。 閥門 HV07 將不會關(guān)閉， 閥門HV08 也不會打開。 價(jià)格昂貴的胺液將經(jīng)過閥門HV07 當(dāng)作廢水直接排出，造成經(jīng)濟(jì)損失。 同時，由于程序是自動運(yùn)行，操作工也不容易發(fā)現(xiàn)該問題。
通過在程序中設(shè)定一時間值 T=t +△t 可以預(yù)防流量計(jì)發(fā)生故障造成的胺液誤排。 每次排放廢水的時間 t 是一個定值（正常流量排完所需時間，可以計(jì)算得出），△t 的取值為 5~10 s，累積值與 T 進(jìn)行運(yùn)算。如果流量計(jì)正常運(yùn)行，達(dá)到累積值所需時間為 t，程序正常運(yùn)行。 當(dāng)流量計(jì)有故障，累積值無法在 t 時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值， 時間值達(dá)到 T 后自動關(guān)閉閥門HV07，打開閥門 HV08，這樣可以有效預(yù)防流量計(jì)故障造成的誤排。 同時，將流量計(jì)故障信號上傳至 PLC系統(tǒng)，可以幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題。
2.2 堿液沖洗過程的控制優(yōu)化
除鹽水自上向下向進(jìn)入離子交換柱，沖洗掉殘留在樹脂床中的堿液，該過程的液體直接排入廢水。為了節(jié)約除鹽水的用量，工程實(shí)際操作如下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將沖洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。 剛開始時，沖洗液（除鹽水及堿液）經(jīng)過 AT02（電導(dǎo)率分析儀）是有讀數(shù)的；當(dāng)堿液被沖洗干凈，只剩除鹽水經(jīng)過 AT02 時，讀數(shù)很小，趨近于零。可在程序中設(shè)定電導(dǎo)率值，當(dāng)電導(dǎo)率低于該值時，程序自動關(guān)閉閥門 HV07，打開閥門 HV09，將干凈的除鹽水排至堿液制備槽繼續(xù)利用。
3 總結(jié)
本文闡述了 CANSOLV 有機(jī)胺洗滌工藝中dn50渦街流量計(jì)的過程控制，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程控制進(jìn)行了改進(jìn)。 項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，沒有出現(xiàn)胺液誤排現(xiàn)象，同時也節(jié)約了除鹽水的用量。