石灰粉投加自动控制系统设计及应用

摘 要 ：针对石灰粉法脱硫工艺中石灰粉投加量不准确、脱硫 效 果 不 稳 定、ｐＨ 值 波 动 大 等 缺 陷，采 用 西 门 子 Ｓ７－２００ 系 列 ＰＬＣ 设计开发了一套石灰粉投加自动控制系统。阐述了该系统的结构组成及工作 流 程，为 原 脱 硫 系 统 改 造 提 供 了 良 好 的 解 决 方 案 和对策。实际应用证明该系统能够达到高效的控制改进作用。 关 键 词 ：可编程控制器 传感器 触摸屏 石灰法脱硫 料仓 中 图 分 类 号 ：ＴＰ２７３ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１００７－７３２４（２０１５）０４－００７７－０２
制波动，同时在关闭时只是动滑板与定滑板之间的节 流 槽 位 置 的 错 开，没 有 撞 击，并 且 在 阀 前 压 力 的 作 用 下 使 得 动 滑 板 能 更
紧 密 地 与 定 滑 板 贴 在 一 起 ，再 也 不 用 担 心 传 统 直 通 阀 的 阀 芯 阀 座 关 闭 时 所 产 生 的 撞 击 带 来 的 阀 座 损 坏 和 密 封 泄 漏 问 题 。
该系统采 用 ＯＭＲＯＮ 变 频 器 控 制，以 实 现 定 量投加，其 系 统 流 程 如 图 ２ 所 示。 整 个 系 统 由 ＰＬＣ 完 成 自 动 控 制，工 作 状 态 和 故 障 信 息 可 同 时 在触摸屏上显示。
稿 件 收 到 日 期 ：２０１５－０４－１４，修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１５－０６－０１。 作者简介：刘朝霞（１９６２—），女，江 西 大 余 人，１９８５ 年 毕 业 于 上 海 理工大 学 计 算 机 及 应 用 专 业，获 学 士 学 位，现 就 职 于 国 家 发 展 和 改 革委员会 大 连 培 训 中 心，主 要 从 事 网 络 开 发 及 控 制 工 作，任 工 程师。
芯
有
效
面
积
，ＡＳｌｏｔ ：在 相 同 的 工 况 条 件 下 ，流 体 介 质 对 滑 板 式 控 制 阀 不 平 衡 力 约 是 直 通 单 座 控 制 阀 不 平 衡 力 的 １／１０。
当然，克服控制阀的不平衡力，可以通过提高执行机 构 的 输 出 力 来 实 现，但 需 要 增 大 执 行 机 构 的 尺 寸 同 时 加 粗 阀 杆 以 提
以下通过苏州化工厂滑板式控制阀实际应用案例作简单介绍。
在苏州化工厂的工况条件为：
流体介质：蒸汽；管道口径：ＤＮ１５；阀前压 力：０．６ ＭＰａ（Ｇ），阀 后 压 力：０．５ ＭＰａ（Ｇ）；最 大 流 量：
１０ｋｇ／ｈ，正 常 流 量 ：５ｋｇ／ｈ，最 小 流 量 ：１ｋｇ／ｈ；操 作 温 度 ：１５０℃ 。
改进后的石灰粉投加自动控制系统结构如图 １ 所 示 ，主 要 包 括 ：
１）料仓 系 统。 石 灰 储 罐 里 的 石 灰 粉 经 吸 枪、 ５ｍ 长吸料软 管，由 气 动 真 空 吸 料 器 吸 到 ５ ｍ３ 料 仓；在料仓顶部设 １ 台 负 压 除 尘 器，处 理 石 灰 粉 落 入料仓后产生的 扬 尘；料 仓 设 有 料 位 计；料 仓 顶 部 安装安全阀，当料 仓 压 力 达 到 设 定 上 限 值 时，将 自 动打开卸压。
高 阀 杆 的 强 度 ；但 是 直 通 单 座 控 制 阀 在 关 闭 时 阀 芯 与 阀 座 的 撞 击 和 摩 擦 还 是 不 可 避 免 的 ，密 封 泄 漏 难 以 得 到 长 期 保 证 。 而 滑
板式控制阀只需较小的执行机构就可以轻松克服不平衡 力 对 控 制 阀 的 影 响，在 微 小 开 度 时 不 会 因 不 平 衡 力 特 别 大 而 引 起 控
第 ５１ 卷 第 ４ 期
２０１５ 年 ８ 月
石 油 化 工 自 动 化 ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ ＩＮ ＰＥＴＲＯ－ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ，２０１５
石灰粉投加自动控制系统设计及应用
刘 朝 霞１，阴 聚 宝２
（１．国家发展和改革委员会大连培训中心，辽宁 大连 １１６０１３；２．辽阳石化公司炼油厂，辽宁 辽阳 １１１００３）
该公司依据苏州化工厂这一特定的工况条件，经 计 算，选 择 Ｖ８０２０ 气 动 滑 板 式 控 制 阀，其 公 称 口 径
ＤＮ１５，额定 Ｃｖ 值选择了０．３。
对 应最大流量时的Ｃｖ 值为０．２０９，控制阀的开度为６８％；对应正常流量时的Ｃｖ值为０．１０４，控制阀
的开度为３３％；对应最小流量时的 Ｃｖ 值为０．０２，控制阀的开度为７．２％。经过６年 多 的 实 际 运 转 使 用，
２）料 仓 下 料 系 统 。 料 仓 下 料 系 统 由 空 气 炮 振 动 装 置 和 密 度 补 偿 装 置 两 部 分 组 成 ，空 气 炮 振 动 装 置 安 装 于 料 仓 下 部 的 锥 斗 上 ，在 下 料 过 程 中 与 密 度 补 偿 装 置 间 歇 交 错 启 动 ，使 石 灰 粉 料 能 连 续 不 断 地 下落，避免 出 现 粉 体 在 下 料 过 程 中 的 空 穴 及 桥 拱 现象。
用户以前使用直通单座控制阀，实际工况下的开 度 很 小，均 在 １０％ 开 度 以 下，因 此 控 制 阀 的 工 作 极
不稳定，即使采用手动控制，流量也常难以得到保证，更不能使控制系统投入自 动 运 转，投 运 使 用 一 段 时
间 后 控 制 阀 的 泄 漏 量 增 大 ，经 常 要 对 该 阀 进 行 维 修 工 作 。
５）注水系统。注水系统包括减压阀、流量 计、 电磁阀、调节阀等，溶 液 罐 进 水 管 路 口 采 用 双 电 磁 阀 串 联 控 制 ，防 止 因 为 电 磁 阀 、压 力 变 送 器 、液 位 计 或 流 量 计 损 坏 造 成 罐 内 水 位 溢 流 ，不 需 要 通 过 安 装 溢流传感器来报警。
滑板式控制阀的控制稳定而有效，自 控 系 统 也 投 入 了 自 动，自 投 用 以 来 未 对 该 控 制 阀 进 行 维 修 维 护 工
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石油化工自动化
第 ５１ 卷
图 １ 石 灰 粉 投 加 自 动 控 制 系 统 结 构 示 意
图 ２ 石 灰 粉 投 加 自 动 控 制 系 统 流 程 示 意
由图２可知，工 作 开 始，在 触 摸 上 设 置 液 位 的 上下 限 值 和 上 上、下 下 限 值，经 数 模 （Ｄ／Ａ）转 换 器 将数值转换成 ４～２０ ｍＡ 电 信 号，并 由 ＰＬＣ 自 动 控 制 读 取 液 位 计 的 测 量 值 ，由 程 序 判 断 液 位 计 是 否 达 到 下 限 值 ，如 果 达 到 下 限 值 ，开 启 石 灰 输 送 泵 ，在 触 摸 屏 上 设 定 流 量 计 的 流 量 ，由 程 序 根 据 注 水 流 量 计算所需要的 精 确 的 石 灰 投 递 量，经 Ｄ／Ａ 转 换 将 数值转换成４～２０ｍＡ 电信号，以此调节变频器的 转速来调节石灰 粉 投 加 量，并 开 启 水 泵 开 始 注 水， 开 启 搅 拌 器 电 机 开 始 搅 拌 ，制 成 所 需 要 的 乳 液 。 测 定乳液 ｐＨ 值，由程序计算是否合格，若不合格，调 节变频器转速来调节石灰粉的投加量。根据使用 需要，开启投料泵，将 合 格 的 乳 液 投 加 到 投 加 点 进 行 脱 硫 。 检 测 液 位 是 否 低 于 下 下 限 值 ，如 果 低 于 则 马 上 关 闭 投 料 泵 电 机 ；如 果 没 有 则 继 续 判 断 液 位 是 否达到上限液位 值，若 达 到 则 关 闭 石 灰 输 送 泵、注 水 泵 、搅 拌 器 电 机 。 继 续 判 断 液 位 是 否 低 于 下 限 位 值 ，以 便 开 始 投 加 石 灰 粉 。 同 时 判 断 液 位 是 否 达 到 上 上 限 位 值 ，若 达 到 则 开 启 溶 液 罐 进 水 管 路 口 双 电 磁 阀 串 联 控 制 ，防 止 乳 液 溢 出 。
原投加系 统 采 用 斗 式 提 升 机 上 料，劳 动 强 度 大 ，且 造 成 二 次 扬 尘 ；给 料 采 用 螺 旋 输 送 机 输 送 ，无 自 动 控 制 ，注 水 管 采 用 自 流 的 方 式 ，造 成 给 料 量 （脱 硫剂 配 量 ）不 准 确，ｐＨ 值 波 动 大，脱 硫 效 果 不 稳 定；未反应完的石 灰 粉 直 接 进 入 沉 淀 池 中，造 成 脱 硫剂的浪费以及石灰粉投加设备和投加管道的沉 积和 堵 塞。 因 此，需 要 在 工 艺 设 计 上 加 以 改 进，设 计开发合理适用的石灰粉投加自动控制系统。 １ 石 灰 粉 投 加 自 动 控 制 系 统 结 构
Ａｓｅａｔ要小得多。公式（２）是上海源冠自控设备有限公司的技术人员，将同口径和压力等级、相近流量系数的直通单座控制 阀 和滑板式控制阀在实验室经过大量的试验对比所得到的模拟数据计算。
ＦＡ滑 板 阀 ＦＡ直 通 单 座 阀
＝
Δｐ·μ·ＡＳｌｏｔ Δｐ·ＡＳｅａｔ
≈ ０．１
（２）
式
中
：ＡＳｅａｔ———
阀
ＦＡ ＝ Δｐ·μ·ＡＳｌｏｔ
（１）
式中：Δｐ———阀前后压差；Ａｓｌｏｔ———流体作用的有效面积；μ———滑板之间的动摩擦系数，μ ＝０．２５。 滑 板 式 控 制 阀 的 Ａｓｌｏｔ不 等 同 于 常 见 的 直 通 单 座 控 制 阀 的 阀 芯 Ａｓｅａｔ，它 远 比 直 通 单 座 控 制 阀 阀 芯 受 不 平 衡 力 有 效 面 积
６）溶液 罐 系 统。 在 石 灰 粉 投 加 系 统 中，最 关 键的环节是保证粉料投加的精度。水与一定比例 的粉料同时投入 溶 液 罐，由 搅 拌 器 搅 拌 均 匀，制 备 成所需浓度的乳液。在溶液罐上方加装水利除尘 器，能有效除去石 灰 石 与 水 反 应 发 生 的 烟 雾，带 走 反 应 的 热 量 。 溶 液 罐 下 侧 安 装 投 料 泵 ，将 乳 液 输 送 到投加点。 ２ 石 灰 粉 投 加 自 动 控 制 系 统 工 作 流 程
石 灰 粉 法 脱 硫 工 艺 具 有 运 行 成 本 低 、脱 硫 效 果 好、设备配置简单 等 优 点，被 广 泛 应 用 于 脱 硫 项 目 上 。 它 的 作 用 原 理 是 将 石 灰 粉 加 水 制 成 脱 硫 液 ，作 为 吸 收 剂 加 入 吸 收 塔 与 烟 气 充 分 接 触 吸 收 ，烟 气 中 的二氧化硫与脱硫液中的碳酸钙以及从塔下部进 入 的 空 气 进 行 氧 化 反 应 生 成 硫 酸 钙 ，硫 酸 钙 达 到 一 定 饱 和 度 后 ，结 晶 形 成 二 水 石 膏 ，达 到 脱 硫 目 的 ，故 石灰粉浆液的制备对脱硫效果有很大影响。