硫酸生产工艺控制及自动化仪表选型
硫酸生产工艺控制及自动化仪表选型
本文结合硫酸车间自动化专业工程建设安装经验及建成后的生产实践，从硫酸生产工艺介绍入手，重点论述控制系统及各类检测仪表的选型原则和使用效果。为今后该行业自动化控制和仪表选型提供参考。
【Abstract】In this paper， sulfuric acid plant automation professional experience in the installation and construction after the completion of practice， starting from sulfuric acid production process introduction， selection and use of results focuses on the principles of control systems and various types of instrumentation. Provide a reference for the future of the industry automation control and instrument selection.
标签：硫酸生产；自动化控制；仪表选型
【Keywords】 sulfuric acid production； automation and control； Instrument Selection
在有金属冶炼行业，由于原材料大多为硫化矿，在冶炼过程中会产生大量的二氧化硫，这就为硫酸生产提供了原材料。随着生产水平的日益提高，自动化控制系统及检测仪表在硫酸生产
行业有了广泛的应用，其中集散控制系统（DCS，Distributed Control System）的应用就极有代表性。类检测仪表的信号在DCS控制界面集中显示，并配有报警、控制、诊断、历史趋势等功能。赤峰山金银铅有限公司硫酸车间的自动化控制就是选用艾默生DeltaV系统，本文结合该系统的工艺流程过程控制对检测仪表的选型做具体介绍。
1、工艺流程控制
本系统采用了技术先进、经验成熟的稀酸净化、两次转化、两次吸收的常压接触法制酸工艺。车间主要包括：净化、干吸、转化三大工段。经过该工艺流程，将熔炼车间含二氧化硫10.26%的烟气，生产出浓度为98%的浓硫酸，吸收效率达到99.79 %。净化工段选择绝热蒸发、稀酸冷却流程，利用稀酸板式换热器移走系统热量。该工段通过检测高效洗涤器出口温度连锁高位水池及二氧化硫风机保护工艺设备。干吸工段循环酸系统为泵后流程，酸冷却器为阳极保护式换热器。该工段通过检测浓酸循环槽的酸浓度及循环槽的液位连锁控制各管道的执行机构，保证满足工艺要求的自动化生产。转化工段采用了3+2/Ⅴ、Ⅳ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ转化换热流程。通过检测转化器进气管路温度与副管路的执行机构连锁，保证进入转化器的烟气温度满足工艺要求。
2、温度测量仪表
根据测量环境及测量的温度范围，温度检测主要有热电阻和热电偶。国产的测温元件的性能和精度，完全可以满足硫酸工艺生产的需求，重点考虑测温元件的防腐蚀、耐磨措施和安装方式，测温元件如果保护套管选择合适，其生产运营期的使用寿命加大大延长。
3、压力测量仪表
制酸系统的压力测量，根据工艺条件可分为就地压力测量和远传压力测量。就地压力测量选用膜盒压力表，其价格低廉，性能稳定，用于现场指示管道压力。远传压力测量选用技术成熟、稳定性好的只能压力变送器。
对于远传压力变送器的选型，根据测量环境的不同而不同。循环冷却水和烟气管道的介质压力测量选用带导压管的智能压力变送器；稀酸和浓酸环境的压力测量，选用智能隔膜压力变送器。二者的区别也是压力测量的关键环节，取压和引压方式。
引压管的智能压力变送器，选用陶瓷膜片，带HART协议的智能仪表，安装由对接法兰、不锈钢針型阀和不锈钢无缝钢管制作取压管，压力变送器的安装位置要高于取压源，以便于冷
凝物回流到设备管道。智能隔膜压力变送器，测量腐蚀性较强的酸环境，其膜片选用钽膜片，充硅油。安装时，由于毛细管的长度为5m，注意仪表固定位置与取压源的距离，并做好密封措施。
4、流量测量仪表
制酸系统的流量仪表的选型，根据不同的工艺要求选择不同类型的仪表。冷却循环水主管道流量的测量，选用电磁流量计，实时检测管道流量值；酸冷却器冷却水管道的流量只要不低于设计值就能满足生产要求，选用流量开关，监视冷却水是否断流；对于SO2风机房出口的流量测量，选用热式气体质量流量计，检测制酸系统总处理量的大小。
电磁流量计的选型，根据设计的工艺参数，管道规格选型，是工业生产中应用相当成熟的测流量的技术，只要选型、安装符合规范，对现场抗干扰做好防护，电磁流量计的使用相当方便，基本属于免维护性仪表设备；热式气体质量流量计，安装在SO2风机出口的总管上，气体流量大，腐蚀性强，其传感器材质选用哈氏合金C，根据设计参数，选择合适的仪表规格。E+H品牌的电磁流量计，技术成熟，性能稳定，同比国产品牌的缺点是价格较高。
陶瓷制作工艺流程5、液位测量仪表
硫酸生产的液位计测量主要用到磁翻板液位计、雷达液位计和电容式液位计。干吸工段浓酸循环槽是液位控制极为关键的控制点，此处需要有就地指示仪表和远传仪表。就地显示仪表选用磁翻板液位计，根据循环槽的高度和安装位置对该仪表选型；远传仪表选用雷达液位计，雷达测距也是工业领域很成熟的技术，但测浓酸时需注意循环槽的泡沫环境，需要选择雷达波穿透力强、发波功率大的仪表才能准确测量浓酸循环槽的液位。硫酸循环水池的液位测量，选用智能电容液位计，液位计的型号规格根据水池的深度而定，将电容式探头插入到水池中，便可稳定的测量水池的液位。液位的测量选用国产品牌就可达到测量的目的。
6、分析仪表
在硫酸生产的工艺过程中，主要的分仪表有：干吸工段的酸浓度分析仪、进入转化器的二氧化硫的含量、冷却循环水的酸碱度等。
我项目中，所采用的酸浓度分析仪表为梅特勒-托利多品牌的电感式酸浓度测量仪，该仪表测量范围大，具有温度补偿功能，测量精度高，可在危险区域等环境中应用。烟气二氧化硫浓度的测量，选用气体在线系统分析仪，该分析仪分析单元的选择根据分析烟气的浓度而定，我项目所选气体分析单元为西门子品牌ULTRAMAT6。该系统有取样单元、冷凝单元、反吹
单元等组成，可以精确分析烟气中二氧化硫的浓度，服务工艺生产。
7、调节执行机构
制酸系统的自动化实现，调节阀的选型非常重要。目前调节系统主要采用电子一体式执行器，其调节性高，输入输出信号稳定，很好的满足工艺生产的需要。
在调节阀门的选择上，根据不同的控制介质，应选择不同的阀体阀芯材质。在酸的调节环境下，阀体材料选择WCB+F46，阀芯材料选择304+F46，4～20mA的控制信号；在工艺水的调节环境下，按常规选型即可。制酸系统的执行机构使用国产品牌便可达到控制要求。
8、集散控制系统
集散控制系统是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
DCS系统的组成部分：
①集中控制站：采集现场的控制信号并进行运算，根据工艺要求将运算结果送到现场的执行单元，对生产过程进行控制；
②工程师站：根据控制要求，应用编程软件对工艺过程的控制进行组态。
③操作员站：通过工程师站的组态结果，结合人机界面，监测现场的仪表采集信号，并对现场设备进行控制。
④数据通信网络：使用高速数据总线和通讯协议，连接控制站、操作员站和工程师站的数据传输。

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