前言

硫磺制酸裝置的氧硫比自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的關(guān)鍵功能。今天，我們將探討如何安全且穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)最佳氧硫比的自動(dòng)控制。實(shí)施最佳氧硫比自動(dòng)控制的前提是確保裝置始終處于安全可控的狀態(tài)。我們不能允許由于儀表測(cè)量誤差、人為干預(yù)或設(shè)備故障等因素，導(dǎo)致裝置出現(xiàn)升華硫、風(fēng)機(jī)損壞、負(fù)荷驟降或負(fù)荷陡升等嚴(yán)重事故。裝置必須能夠平穩(wěn)運(yùn)行。在儀表測(cè)量出現(xiàn)故障時(shí)，裝置應(yīng)具備自診斷功能；在遭受外界干預(yù)或設(shè)備故障時(shí)，裝置應(yīng)能自動(dòng)脫離氧硫比自動(dòng)控制模式，并發(fā)出警告，以便進(jìn)行人工干預(yù)，確保裝置的安全可控。

一、最佳氧硫比值確定

國內(nèi)硫磺制酸裝置的設(shè)計(jì)通常設(shè)定在二氧化硫濃度f（SO2）為11.5%，這對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的氧硫比值R=0.824。然而，每套裝置的理想氧硫比值實(shí)際上取決于裝置的特定屬性，包括所使用的催化劑類型、轉(zhuǎn)化器的氣體流速、風(fēng)機(jī)的壓力以及工藝流程等因素。這些因素最終決定了二吸塔出口的二氧化硫排放濃度。該排放濃度受轉(zhuǎn)化率的影響，而轉(zhuǎn)化率下降的主要因素是轉(zhuǎn)化器內(nèi)氧含量的降低。因此，最佳氧硫比值的確定點(diǎn)是裝置經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)的時(shí)刻，此時(shí)裝置所需的最小氧量（空氣）與硫的比值即為最佳氧硫比值。圖2展示了裝置轉(zhuǎn)化率的環(huán)保經(jīng)濟(jì)性與裝置能效之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每套裝置都可以根據(jù)自身的特性來選擇最適宜的氧/硫比值R。

圖1

圖2

所需測(cè)量?jī)x表：

二、氧硫比值自動(dòng)控制

通過分析圖2，我們可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)氧硫比值自動(dòng)控制的關(guān)鍵在于選取合適的兩個(gè)過程變量：焚硫爐出口的SO2濃度和二吸塔出口的O2濃度。液硫流量作為固定的負(fù)荷值，通過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行精確且穩(wěn)定的測(cè)量。盡管如此，焚硫爐出口SO2濃度的測(cè)量面臨一定挑戰(zhàn)，主要問題在于煙氣中SO3的存在（實(shí)際含量介于0.2~0.5%），這會(huì)顯著提高分析儀損壞的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)而言，二吸塔出口的煙氣中僅含有極少量的酸霧（30mg/m³）和SO2（含量為500ppm），因此，該煙氣對(duì)二吸塔出口的氧分析儀更為溫和，能夠保證測(cè)量的穩(wěn)定性。鑒于這些因素，氧硫比值自動(dòng)控制過程變量的選擇更傾向于二吸塔出口的O2濃度值。氧硫比值自動(dòng)控制的具體操作步驟可參考圖3。

圖3

三、安全自動(dòng)控制

氧硫比值的精確控制是確保裝置工藝指標(biāo)穩(wěn)定的關(guān)鍵，同時(shí)它也直接關(guān)聯(lián)到裝置運(yùn)行的安全性。一個(gè)完善的安全自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)氧硫比值自動(dòng)控制的堅(jiān)實(shí)后盾。因此，安全自動(dòng)控制的核心在于，當(dāng)控制回路中的某個(gè)儀表發(fā)生故障或工藝系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并迅速退出自動(dòng)控制模式，確保裝置能夠安全地切換到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

1.負(fù)荷調(diào)整策略

當(dāng)設(shè)備需要執(zhí)行降低負(fù)荷調(diào)整時(shí)，設(shè)定好負(fù)荷目標(biāo)值后，系統(tǒng)將自動(dòng)控制以先降低液硫流量，導(dǎo)致氧硫比值增大，O2量升高，隨后系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到最佳氧硫比值。 當(dāng)設(shè)備需要執(zhí)行增加負(fù)荷調(diào)整時(shí)，設(shè)定好負(fù)荷目標(biāo)值后，系統(tǒng)將自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升至預(yù)定的負(fù)荷轉(zhuǎn)速值，氧硫比值隨之增大，O2量升高。接著，系統(tǒng)允許增加精硫泵的變頻，以使液硫流量達(dá)到負(fù)荷目標(biāo)值，最終系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整分機(jī)轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)最佳氧硫比值。

2.升華硫預(yù)防策略

為了避免升華硫的產(chǎn)生，我們會(huì)根據(jù)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率曲線和系統(tǒng)阻力，計(jì)算出風(fēng)機(jī)的出風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的風(fēng)量。然后，根據(jù)這個(gè)風(fēng)壓值設(shè)計(jì)出相應(yīng)的裝置負(fù)荷折線函數(shù)。接著，將這個(gè)函數(shù)與液硫流量進(jìn)行比較，一旦比值超過設(shè)定的安全值，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，同時(shí)保持風(fēng)機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速不變。此外，如果風(fēng)機(jī)進(jìn)來的溫度升高超過操作設(shè)定的安全值，將觸發(fā)安全聯(lián)鎖停機(jī)。

3.負(fù)荷驟變策略

在氧硫比值自動(dòng)控制模式下，若無外部負(fù)荷調(diào)整，系統(tǒng)將不會(huì)受到外界干擾導(dǎo)致負(fù)荷突變。因此，在無負(fù)荷調(diào)整的情況下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速僅需進(jìn)行微小調(diào)節(jié)以適應(yīng)環(huán)境和液硫的微小變化。若系統(tǒng)出現(xiàn)突變，這通常是因?yàn)榭刂苹芈飞系臏y(cè)量?jī)x表發(fā)生故障。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中會(huì)包含不同負(fù)荷下的自動(dòng)控制調(diào)整自由度，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的負(fù)荷突變情況。

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