前言

硫磺制酸裝置的氧硫比自動控制是實現(xiàn)自動化運行的關(guān)鍵功能。今天，我們將探討如何安全且穩(wěn)定地實現(xiàn)最佳氧硫比的自動控制。實施最佳氧硫比自動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)機損壞、負荷驟降或負荷陡升等嚴(yán)重事故。裝置必須能夠平穩(wěn)運行。在儀表測量出現(xiàn)故障時，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，裝置應(yīng)能自動脫離氧硫比自動控制模式，并發(fā)出警告，以便進行人工干預(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)計通常設(shè)定在二氧化硫濃度f（SO2）為11.5%，這對應(yīng)著一個特定的氧硫比值R=0.824。然而，每套裝置的理想氧硫比值實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是裝置經(jīng)濟性能最優(yōu)的時刻，此時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)濟性與裝置能效之間的對應(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

所需測量儀表：

二、氧硫比值自動控制

通過分析圖2，我們可以發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)氧硫比值自動控制的關(guān)鍵在于選取合適的兩個過程變量：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荷值，通過質(zhì)量流量計進行精確且穩(wěn)定的測量。盡管如此，焚硫爐出口SO2濃度的測量面臨一定挑戰(zhàn)，主要問題在于煙氣中SO3的存在（實際含量介于0.2~0.5%），這會顯著提高分析儀損壞的風(fēng)險。相對而言，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，該煙氣對二吸塔出口的氧分析儀更為溫和，能夠保證測量的穩(wěn)定性。鑒于這些因素，氧硫比值自動控制過程變量的選擇更傾向于二吸塔出口的O2濃度值。氧硫比值自動控制的具體操作步驟可參考圖3。

圖3

三、安全自動控制

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，同時它也直接關(guān)聯(lián)到裝置運行的安全性。一個完善的安全自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)氧硫比值自動控制的堅實后盾。因此，安全自動控制的核心在于，當(dāng)控制回路中的某個儀表發(fā)生故障或工藝系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)能夠及時發(fā)出警報，并迅速退出自動控制模式，確保裝置能夠安全地切換到一個穩(wěn)定狀態(tài)。

1.負荷調(diào)整策略

當(dāng)設(shè)備需要執(zhí)行降低負荷調(diào)整時，設(shè)定好負荷目標(biāo)值后，系統(tǒng)將自動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)自動調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速以達到最佳氧硫比值。 當(dāng)設(shè)備需要執(zhí)行增加負荷調(diào)整時，設(shè)定好負荷目標(biāo)值后，系統(tǒng)將自動控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速提升至預(yù)定的負荷轉(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，以使液硫流量達到負荷目標(biāo)值，最終系統(tǒng)自動調(diào)整分機轉(zhuǎn)速以實現(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，我們會根據(jù)風(fēng)機的運行功率曲線和系統(tǒng)阻力，計算出風(fēng)機的出風(fēng)壓對應(yīng)的風(fēng)量。然后，根據(jù)這個風(fēng)壓值設(shè)計出相應(yīng)的裝置負荷折線函數(shù)。接著，將這個函數(shù)與液硫流量進行比較，一旦比值超過設(shè)定的安全值，系統(tǒng)將發(fā)出報警，并自動停止風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，同時保持風(fēng)機當(dāng)前的轉(zhuǎn)速不變。此外，如果風(fēng)機進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。

3.負荷驟變策略

在氧硫比值自動控制模式下，若無外部負荷調(diào)整，系統(tǒng)將不會受到外界干擾導(dǎo)致負荷突變。因此，在無負荷調(diào)整的情況下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速僅需進行微小調(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，這通常是因為控制回路上的測量儀表發(fā)生故障。因此，系統(tǒng)設(shè)計中會包含不同負荷下的自動控制調(diào)整自由度，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的負荷突變情況。

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