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淺析如何對dn50渦街（jiē）流量計進行（háng）局部的控製及優化
點擊次數：1938 發布時（shí）間：2021-01-06 11:23:42
摘要：介紹了加拿大 CANSOLV dn50渦街流量計的原理和技術特點。 以甘（gān）肅稀土（tǔ）焙燒尾氣深度處理項目為例，在原工藝（yì）控製基礎上，對dn50渦街流量計離子交換及堿液衝洗過程控製進行的局部優化。 項目投產運行後，沒有出現胺液誤排現象，同時也（yě）節約（yuē）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（lǐ）項（xiàng）目采用 CANSOLV 有機胺洗滌（dí）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（liú）吸收（shōu）劑。 煙氣在（zài）吸收塔內與CANSOLV 貧胺液接觸，SO2 被選擇性地吸收。 然後， 含 SO2 的富胺液在一個稱之（zhī）為（wéi）“汽提”的過程中加熱，使吸收反應逆轉，從而解析出純淨的高（gāo）濃度 SO2氣體。
胺液作為吸收劑在循環使用過程中會反應生成熱（rè）穩定性（xìng）鹽，這類鹽無（wú）法通過加熱（rè）去除。由於累積的熱穩定性鹽會對係統造成損害，因此需要定期（qī）對胺液進行（háng）過濾和淨化，去（qù）除溶液中聚積的熱穩定（dìng）性鹽。
1 dn50渦街流量計的（de）原理（lǐ）及控製
1.1 原理
dn50渦街流（liú）量計（APU）采用離子交（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（dìng）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（chéng）控製
APU 的運行按照事（shì）先設定的程序運行，即嚴格遵循設（shè）定的步驟順序。 APU 的正確運行依賴於每個步驟的順（shùn）利完成。 按照預先設定好（hǎo）的步驟完成 1 個任務即視為完成 1 個 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（cǐ）之外，整（zhěng）個控製程序還（hái）包含另外 5 個輔助周期， 分別為反衝洗周期、調節周期、胺液衝洗（xǐ）周期、水衝洗周（zhōu）期、回流液衝洗周期。 這 5 個周期在維護和非（fēi）計劃停車後重新啟動時（shí）使用。 PLC 控製各個周期的說明見表（biǎo） 1。
流（liú）量參數是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介（jiè）質體積總量通過 離子交換（huàn）柱 的體積以 及配管計算 得出，從（cóng）而推算（suàn）出每個周期運（yùn）行所需要的時間。
1.3 各運行周期說明
APU 工藝流程（chéng）見圖（tú） 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）參數以及定時（shí）器來控製每一步的（de）體積和流量。整個周期重複（fù）運行，直至完成預先設定的每日離（lí）子交換周期（qī）運行次數。 運行次（cì）數通過每日抽樣檢測貧胺（àn）液中的 HSS 含量是否 到達 CANSOLV 工藝包要（yào）求來設定。 離子（zǐ）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。 在樹脂內進行 HSS 脫除，經處理後貧胺液輸送返回貧胺罐。 （2）胺液衝洗階段：步驟（1）完成後，除鹽水從（cóng）上至下引（yǐn）入離子交換柱中， 衝洗掉殘留在樹脂床中的胺（àn）液。 離開離子（zǐ）交換柱的洗滌水因含有胺液（yè），所（suǒ）以須輸送返回至貧胺罐（guàn）中。 （3）樹脂（zhī）再生階段：步驟（2）完成後，堿液自上向下引入離（lí）子交換柱，對飽和樹脂進行再生。 洗滌完離子交換柱的堿液作為廢水排（pái）至廢水處理係統。 （4）堿液衝洗階段（duàn）：步驟（3）完成後，自（zì）上向下向離子交換（huàn）柱充入除鹽水，衝洗掉殘留在樹（shù）脂（zhī）床中的堿（jiǎn）液。 至此，離子交換（huàn）周期完畢。
2）反衝洗周期。 離子交換柱在正常運行期間持續（xù）出現（xiàn）高壓降時（PdT01 值高於設定值），手動啟（qǐ）動（dòng）反衝（chōng）洗周期（qī），衝洗掉可（kě）能會堵塞離子交換柱的微粒。本周期中除鹽水自下（xià）向上流經離子交換柱， 將微粒作（zuò）為廢物衝洗到廢水處（chù）理工序。該周期應重複進（jìn）行，直到樹脂床的壓（yā）力降（PdT01）回歸（guī）到正常範圍（wéi）。
3）調節周期。樹脂* 1 次投入使用時，需對樹脂（zhī）進行“激活”處理。 一般來說，為保持其穩定性，新購（gòu）樹脂通常結合了 1 個羥基。 為保證其活性和在陰離子交換柱（zhù）中的使用，需先使用堿液對其進行（háng）“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（yè）衝洗周（zhōu）期和水衝洗周期， 主（zhǔ）要用於 APU 發生非計劃停車事件時的重新啟動恢複程序。 發生非計（jì）劃停車事件時，如果離子交換柱中（zhōng）有胺液，使用胺液（yè）衝洗周（zhōu）期程序來回收殘留的胺液。 該（gāi）周期將水引入離子交換柱，將胺液衝洗到貧胺罐。 如果離子交換柱中裝有水（shuǐ）或堿液（yè），應使用水衝洗周期（qī）程序將滯留的（de）液體作為廢液衝洗至廢水處理係統。
5）回流衝洗周期。 胺液每天都需（xū）取樣化驗，如（rú）果發（fā）現胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚集，則每天運行周（zhōu）期結束（shù）後需利用回流液對樹脂進行清洗，以防止（zhǐ）腐蝕和樹（shù）脂損壞。 如果選擇了（le）此選項，PLC程序會在每天完成目標（biāo）數量（liàng）的離子交（jiāo）換周期後，自動執（zhí）行回流液（yè）清洗周期。 各周期閥門對應開關情況，如表 2 所示。
圖（tú） 1 中的閥門 FV01 是用於調節流量的，與流量計 FT01 共同作用，確（què）保管（guǎn）道介質按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處於（yú）一定開度的狀態。
2 過程控製的（de）局部優（yōu）化
整（zhěng）個 APU 都是通過 PLC 程序自動控製的。程序通過（guò）控製閥門的開關使不同的液體按順序進入離子交換柱，使（shǐ）離子交換柱中的液體按順序排出。
2.1 離子交換過程的控製優化
正常（cháng）的離子交換周期開始後，胺液經閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進入貧胺液罐。這會使（shǐ）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（yán）水）進入貧（pín）胺罐內，會對胺液造成“汙染”，過多的除鹽水進入胺液會增加整個係統的負擔。因此，胺液進入後需先將離子交換柱及管道中殘留液排入（rù）廢水。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由於胺液與除鹽水是不溶的，當胺液進入後，除鹽水會被“擠出”管道，排入廢水。 當殘留液排出後，關閉 HV07，打（dǎ） 開HV08。 此時（shí），經離（lí）子交換後（hòu）的“幹淨”胺液直接進（jìn）入（rù）貧胺罐使用。整個過程（chéng）都是自動運行。閥門 HV07 的關閉和閥門 HV08 的開啟是通（tōng）過（guò）流量計來控製的。殘留在（zài）離子交（jiāo）換柱中的（de）液體及管道中的液體總量 Q可以通過（guò）計算得出（chū）， 當流量（liàng）計的累積值（zhí）為 Q 時，認為殘留液（yè）已排完，此時關閉 HV07，打開 HV08。 該過程存在一個問（wèn）題：假如流量計有故障時，累積量將無法達（dá）到設定值 Q。 閥門 HV07 將不會關閉， 閥門（mén）HV08 也（yě）不會打開。 價格昂貴的胺液將經過閥門HV07 當作廢水直接排出，造（zào）成經濟損失。 同時，由於程序是自動運行，操作工也不容易發現該問題。
通過在程序中設（shè）定一時間值 T=t +△t 可（kě）以預防流量計發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（liàng）排完所需時（shí）間，可（kě）以計算得出），△t 的取值為 5~10 s，累積值與 T 進行運算（suàn）。如果流量計正常運行，達到累積值所（suǒ）需時間為 t，程序正（zhèng）常運行（háng）。 當流量計有故障，累（lèi）積值無法在 t 時間內達到設定值， 時間值達到 T 後自動關閉閥門HV07，打開閥門 HV08，這樣（yàng）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係統（tǒng），可以幫（bāng）助操作人員及時發現問題。
2.2 堿液衝洗過程的控製優（yōu）化
除鹽水自上向下向進入離子交換柱，衝洗掉殘留在樹脂床中的堿液，該（gāi）過程（chéng）的液體直接排入廢水。為了節約除鹽水的用量，工程實際操作如（rú）下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將衝洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。 剛（gāng）開始（shǐ）時，衝洗液（除鹽水及堿液）經過 AT02（電導率分析儀）是有讀數的；當堿液被衝洗幹淨，隻剩除（chú）鹽（yán）水經過 AT02 時，讀數很小，趨近於零。可在程序中設定電導率值，當電導率（lǜ）低於該值時，程序（xù）自動關閉閥門 HV07，打開閥（fá）門 HV09，將幹（gàn）淨的除鹽水排至堿液製備槽繼續利用（yòng）。
3 總結
本文闡述了 CANSOLV 有機（jī）胺洗滌工藝中dn50渦街（jiē）流量（liàng）計的過（guò）程（chéng）控製，並（bìng）在實際工程中對離子交換周期中的離子交（jiāo）換及（jí）堿（jiǎn）液衝（chōng）洗的過程控（kòng）製進行了改進。 項目投產運行後，沒有出現胺液誤排現象，同時也節約了除（chú）鹽水的用（yòng）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（lǐ）項（xiàng）目采用 CANSOLV 有機胺洗滌（dí）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（liú）吸收（shōu）劑。 煙氣在（zài）吸收塔內與CANSOLV 貧胺液接觸，SO2 被選擇性地吸收。 然後， 含 SO2 的富胺液在一個稱之（zhī）為（wéi）“汽提”的過程中加熱，使吸收反應逆轉，從而解析出純淨的高（gāo）濃度 SO2氣體。
胺液作為吸收劑在循環使用過程中會反應生成熱（rè）穩定性（xìng）鹽，這類鹽無（wú）法通過加熱（rè）去除。由於累積的熱穩定性鹽會對係統造成損害，因此需要定期（qī）對胺液進行（háng）過濾和淨化，去（qù）除溶液中聚積的熱穩定（dìng）性鹽。
1 dn50渦街流量計的（de）原理（lǐ）及控製
1.1 原理
dn50渦街流（liú）量計（APU）采用離子交（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（dìng）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（chéng）控製
APU 的運行按照事（shì）先設定的程序運行，即嚴格遵循設（shè）定的步驟順序。 APU 的正確運行依賴於每個步驟的順（shùn）利完成。 按照預先設定好（hǎo）的步驟完成 1 個任務即視為完成 1 個 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（cǐ）之外，整（zhěng）個控製程序還（hái）包含另外 5 個輔助周期， 分別為反衝洗周期、調節周期、胺液衝洗（xǐ）周期、水衝洗周（zhōu）期、回流液衝洗周期。 這 5 個周期在維護和非（fēi）計劃停車後重新啟動時（shí）使用。 PLC 控製各個周期的說明見表（biǎo） 1。
流（liú）量參數是由 CANSOLV 工藝包給定的， 介（jiè）質體積總量通過 離子交換（huàn）柱 的體積以 及配管計算 得出，從（cóng）而推算（suàn）出每個周期運（yùn）行所需要的時間。
1.3 各運行周期說明
APU 工藝流程（chéng）見圖（tú） 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）參數以及定時（shí）器來控製每一步的（de）體積和流量。整個周期重複（fù）運行，直至完成預先設定的每日離（lí）子交換周期（qī）運行次數。 運行次（cì）數通過每日抽樣檢測貧胺（àn）液中的 HSS 含量是否 到達 CANSOLV 工藝包要（yào）求來設定。 離子（zǐ）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。 在樹脂內進行 HSS 脫除，經處理後貧胺液輸送返回貧胺罐。 （2）胺液衝洗階段：步驟（1）完成後，除鹽水從（cóng）上至下引（yǐn）入離子交換柱中， 衝洗掉殘留在樹脂床中的胺（àn）液。 離開離子（zǐ）交換柱的洗滌水因含有胺液（yè），所（suǒ）以須輸送返回至貧胺罐（guàn）中。 （3）樹脂（zhī）再生階段：步驟（2）完成後，堿液自上向下引入離（lí）子交換柱，對飽和樹脂進行再生。 洗滌完離子交換柱的堿液作為廢水排（pái）至廢水處理係統。 （4）堿液衝洗階段（duàn）：步驟（3）完成後，自（zì）上向下向離子交換（huàn）柱充入除鹽水，衝洗掉殘留在樹（shù）脂（zhī）床中的堿（jiǎn）液。 至此，離子交換（huàn）周期完畢。
2）反衝洗周期。 離子交換柱在正常運行期間持續（xù）出現（xiàn）高壓降時（PdT01 值高於設定值），手動啟（qǐ）動（dòng）反衝（chōng）洗周期（qī），衝洗掉可（kě）能會堵塞離子交換柱的微粒。本周期中除鹽水自下（xià）向上流經離子交換柱， 將微粒作（zuò）為廢物衝洗到廢水處（chù）理工序。該周期應重複進（jìn）行，直到樹脂床的壓（yā）力降（PdT01）回歸（guī）到正常範圍（wéi）。
3）調節周期。樹脂* 1 次投入使用時，需對樹脂（zhī）進行“激活”處理。 一般來說，為保持其穩定性，新購（gòu）樹脂通常結合了 1 個羥基。 為保證其活性和在陰離子交換柱（zhù）中的使用，需先使用堿液對其進行（háng）“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（yè）衝洗周（zhōu）期和水衝洗周期， 主（zhǔ）要用於 APU 發生非計劃停車事件時的重新啟動恢複程序。 發生非計（jì）劃停車事件時，如果離子交換柱中（zhōng）有胺液，使用胺液（yè）衝洗周（zhōu）期程序來回收殘留的胺液。 該（gāi）周期將水引入離子交換柱，將胺液衝洗到貧胺罐。 如果離子交換柱中裝有水（shuǐ）或堿液（yè），應使用水衝洗周期（qī）程序將滯留的（de）液體作為廢液衝洗至廢水處理係統。
5）回流衝洗周期。 胺液每天都需（xū）取樣化驗，如（rú）果發（fā）現胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚集，則每天運行周（zhōu）期結束（shù）後需利用回流液對樹脂進行清洗，以防止（zhǐ）腐蝕和樹（shù）脂損壞。 如果選擇了（le）此選項，PLC程序會在每天完成目標（biāo）數量（liàng）的離子交（jiāo）換周期後，自動執（zhí）行回流液（yè）清洗周期。 各周期閥門對應開關情況，如表 2 所示。
圖（tú） 1 中的閥門 FV01 是用於調節流量的，與流量計 FT01 共同作用，確（què）保管（guǎn）道介質按照要求的流速流動。 閥門 FV01 一直處於（yú）一定開度的狀態。
2 過程控製的（de）局部優（yōu）化
整（zhěng）個 APU 都是通過 PLC 程序自動控製的。程序通過（guò）控製閥門的開關使不同的液體按順序進入離子交換柱，使（shǐ）離子交換柱中的液體按順序排出。
2.1 離子交換過程的控製優化
正常（cháng）的離子交換周期開始後，胺液經閥門HV02、HV05 及 HV08 直接進入貧胺液罐。這會使（shǐ）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（yán）水）進入貧（pín）胺罐內，會對胺液造成“汙染”，過多的除鹽水進入胺液會增加整個係統的負擔。因此，胺液進入後需先將離子交換柱及管道中殘留液排入（rù）廢水。先打開閥門 HV02、HV05 及 HV07，由於胺液與除鹽水是不溶的，當胺液進入後，除鹽水會被“擠出”管道，排入廢水。 當殘留液排出後，關閉 HV07，打（dǎ） 開HV08。 此時（shí），經離（lí）子交換後（hòu）的“幹淨”胺液直接進（jìn）入（rù）貧胺罐使用。整個過程（chéng）都是自動運行。閥門 HV07 的關閉和閥門 HV08 的開啟是通（tōng）過（guò）流量計來控製的。殘留在（zài）離子交（jiāo）換柱中的（de）液體及管道中的液體總量 Q可以通過（guò）計算得出（chū）， 當流量（liàng）計的累積值（zhí）為 Q 時，認為殘留液（yè）已排完，此時關閉 HV07，打開 HV08。 該過程存在一個問（wèn）題：假如流量計有故障時，累積量將無法達（dá）到設定值 Q。 閥門 HV07 將不會關閉， 閥門（mén）HV08 也（yě）不會打開。 價格昂貴的胺液將經過閥門HV07 當作廢水直接排出，造（zào）成經濟損失。 同時，由於程序是自動運行，操作工也不容易發現該問題。
通過在程序中設（shè）定一時間值 T=t +△t 可（kě）以預防流量計發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（liàng）排完所需時（shí）間，可（kě）以計算得出），△t 的取值為 5~10 s，累積值與 T 進行運算（suàn）。如果流量計正常運行，達到累積值所（suǒ）需時間為 t，程序正（zhèng）常運行（háng）。 當流量計有故障，累（lèi）積值無法在 t 時間內達到設定值， 時間值達到 T 後自動關閉閥門HV07，打開閥門 HV08，這樣（yàng）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係統（tǒng），可以幫（bāng）助操作人員及時發現問題。
2.2 堿液衝洗過程的控製優（yōu）化
除鹽水自上向下向進入離子交換柱，衝洗掉殘留在樹脂床中的堿液，該（gāi）過程（chéng）的液體直接排入廢水。為了節約除鹽水的用量，工程實際操作如（rú）下：*先，開啟閥門 HV03、HV06 和 HV07。 將衝洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。 剛（gāng）開始（shǐ）時，衝洗液（除鹽水及堿液）經過 AT02（電導率分析儀）是有讀數的；當堿液被衝洗幹淨，隻剩除（chú）鹽（yán）水經過 AT02 時，讀數很小，趨近於零。可在程序中設定電導率值，當電導率（lǜ）低於該值時，程序（xù）自動關閉閥門 HV07，打開閥（fá）門 HV09，將幹（gàn）淨的除鹽水排至堿液製備槽繼續利用（yòng）。
3 總結
本文闡述了 CANSOLV 有機（jī）胺洗滌工藝中dn50渦街（jiē）流量（liàng）計的過（guò）程（chéng）控製，並（bìng）在實際工程中對離子交換周期中的離子交（jiāo）換及（jí）堿（jiǎn）液衝（chōng）洗的過程控（kòng）製進行了改進。 項目投產運行後，沒有出現胺液誤排現象，同時也節約了除（chú）鹽水的用（yòng）量。