摘 要 :本文簡(jiǎn)要敘述了壓力變送器在加壓浸出釜上使用時(shí)常見的問題、合理的選型以及一些優(yōu)化控制方案。
目前國(guó)際上加壓酸浸技術(shù)以其浸出效率高,成本低,節(jié)能環(huán)保和原料適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),已成為新的鎳鈷濕法冶金關(guān)鍵技術(shù)之一。鎳礦漿由加熱器加熱后送至加壓浸出釜(以下簡(jiǎn)稱加壓釜),并同時(shí)通入氧氣、蒸汽和水,在高溫、高壓、腐蝕、易結(jié)晶、有泡沫和金屬固體顆粒的密閉容器里進(jìn)行攪拌,充分反應(yīng)后料液由壓力變送器排出。
加壓釜是高溫高壓密閉容器,壓力變送器在上述復(fù)雜工況下工作過程中,由于加壓釜本身的高溫高壓,壓力變送器前后壓差接近0.7MPa,以及料液特殊的粘性和強(qiáng)腐蝕性,極易導(dǎo)致閥門產(chǎn)生汽蝕、結(jié)晶、卡死、磨損等故障,因此壓力變送器的生命周期很短,一臺(tái)普通球閥的平均壽命20天左右,#短的只有5天。為解決此類問題,不僅僅從閥門結(jié)構(gòu)選型本身著手,還應(yīng)該結(jié)合控制方式。以下是對(duì)加壓釜壓力變送器在自動(dòng)優(yōu)化控制方面的一些思路[1] 。
1 壓力變送器的選型
加壓釜排料介質(zhì)為稀硫酸鎳礦漿(硫化銅、硫化鎳、赤鐵礦、二氧化硅等),含氧量較高,且由于浸出壓力,溫度,物料成分的變化,普通白鋼材質(zhì)壓力變送器閥座易破損、填料函處結(jié)晶物多、閥門易卡死、閥體和閥球穿孔等問題,避免因?yàn)槲锪铣煞值淖兓蜏囟、壓力等因素造閥門頻繁卡死、磨損等情況。
鈦材以其機(jī)械強(qiáng)度大、易加工、塑性好、有良好的抗腐蝕性能而著稱,廣泛應(yīng)用于濕法冶煉工況中。根據(jù)多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn),
壓力變送器類型宜選用鈦材球閥,傳動(dòng)類型為氣動(dòng),氣源選用氮?dú),閥門內(nèi)套利用陶瓷以防止沖刷和氣蝕,延長(zhǎng)閥門使用壽命,能達(dá)到良好的應(yīng)用和控制效果 ;同時(shí)由于釜內(nèi)壓力較大,在閥門的上游側(cè)加裝節(jié)流元件,以減少對(duì)設(shè)備和管道的沖刷 ;一般情況下如果需要對(duì)鈦球閥作為調(diào)節(jié)閥,可以在閥門上加裝定位器,這樣即可以調(diào)節(jié)被控參數(shù)。
2 壓力變送器的傳統(tǒng)控制方式
如圖1所示:壓力變送器置于加壓釜后端,在加壓釜連續(xù)生產(chǎn)時(shí),主要對(duì)加壓釜的液位進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)控制,一般分為PID調(diào)節(jié)控制和兩位控制。在實(shí)際運(yùn)作過程中,緊靠簡(jiǎn)單PID調(diào)節(jié)方式不僅調(diào)節(jié)不穩(wěn)定,還容易引起汽蝕、卡塞、偏心等問題。在DCS系統(tǒng)中,一般情況下PID調(diào)節(jié)功能塊的計(jì)算周期為1s,相當(dāng)于閥門的閥位每1s就要變化一次,因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)相對(duì)來說比較精密,這就會(huì)使閥門不停地在小開度下動(dòng)作,由于物料成份復(fù)雜,閥門就會(huì)不停地處在磨損狀態(tài),嚴(yán)重磨損會(huì)導(dǎo)致腔體表面有凹槽,不光滑,繼而引起閥門內(nèi)部結(jié)晶、閥卡等一系列問題。
所謂的兩位控制,是指將壓力變送器與釜內(nèi)液位進(jìn)行聯(lián)鎖,到達(dá)高限時(shí)使壓力變送器全開(開關(guān)閥)或者開度為100%(調(diào)節(jié)閥),液位至低限時(shí)使壓力變送器全關(guān)(開關(guān)閥)或者開度為0%(調(diào)節(jié)閥),這樣可以解決閥門在小開度下產(chǎn)生磨損的情況,但是控制不夠精que,對(duì)工藝指標(biāo)提升不利,并且由于壓力變送器前后壓差很大,閥球在很短的時(shí)間內(nèi)開關(guān),會(huì)因?yàn)樵馐芎艽蟮臎_擊而受損,嚴(yán)重影響閥門的使用壽命。
由于工藝原因,一般情況下加壓釜一個(gè)月左右需要檢修一次,為時(shí)4-8小時(shí),檢修意味著需要停釜降溫降壓,加壓釜的正常工作溫度約160攝氏度,正常生產(chǎn)的釜內(nèi)壓力約0.8兆帕,加壓釜內(nèi)溫度、壓力降至常壓時(shí),一旦壓力變送器內(nèi)部有介質(zhì)殘留,造成閥門腔體內(nèi)部介質(zhì)嚴(yán)重結(jié)晶,造成閥門卡死,無(wú)法正常開車,影響工藝生產(chǎn)計(jì)劃。
3 壓力變送器的優(yōu)化控制方案
針對(duì)目前存在的問題,提出了以下解決方案 :
(1)壓力變送器閥位的區(qū)間分段控制。假如按照工藝要求的加壓釜液位的上限為2.5m,下限為1.7m,將1.7m-2.5m這一范圍平均劃分為 6 個(gè)區(qū)間,即 L1 區(qū) :小于 1.7m,L2 區(qū) :1.7m-1.9m,L3區(qū) :1.9m-2.1m,L4 區(qū) :1.9m-2.3m 區(qū) ,L5 區(qū) :2.3m-2.5m,L6 區(qū) :大于2.5m,同時(shí)將閥門開度從0%-100%之間分別取為6個(gè)閥位,V1 :0%,V2 :20%,V3 :40%,V4 :60%,V5 :80%,V6 :100%,閥位與液位的邏輯關(guān)系如下 :
隨著加壓釜液位的變化,閥位會(huì)不斷變化,但是為了避免液位在臨界點(diǎn)上下浮動(dòng),導(dǎo)致閥位頻繁切換,在DCS程序中可以設(shè)置,根據(jù)工藝的變化,閥位的保持既定的時(shí)間周期,這樣既可以解決因?yàn)殚y位小開度變化引起的閥門磨損,也能解決由于兩位控制造成的液位不夠精que的問題,關(guān)于控制區(qū)間的的分布,以及時(shí)間周期的設(shè)定,是可自定義的,不是一成不變的。
在這個(gè)控制方案中,#重要的是尋求閥門#有效的時(shí)間控制周期,#終實(shí)現(xiàn)閥門的時(shí)間周期與液位穩(wěn)定控制的#佳平衡點(diǎn),并能在保證閥門穩(wěn)定工作和#佳壽命周期的前提下,實(shí)現(xiàn)液位#精準(zhǔn)的控制,#大程度的提升加壓浸出工藝指標(biāo)自控水平。
(2)針對(duì)壓力變送器的PID控制模式。前面已經(jīng)敘述,由于PID精準(zhǔn)控制會(huì)因?yàn)閴毫ψ兯推鞫ㄎ黄魑恢妹?秒都會(huì)因?yàn)榧訅焊獌?nèi)液位的變化發(fā)生改變,這就會(huì)使得閥門每秒動(dòng)作一次,頻繁的小開度對(duì)于物料成分復(fù)雜的加壓釜這種特種設(shè)備來說很不適應(yīng),壓力變送器的壽命極短,因此個(gè)人認(rèn)為可以延長(zhǎng)PID功能塊的運(yùn)算周期,以#適宜的PID運(yùn)算周期指導(dǎo)壓力變送器動(dòng)作 ;但是有些DCS系統(tǒng)的PID運(yùn)算周期無(wú)法改變,就可以通過在PID運(yùn)算功能塊的觸發(fā)端加時(shí)間繼電器,利用既定的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)定時(shí)觸發(fā)PID動(dòng)作,這樣即可避免PID運(yùn)算周期短引起的閥門磨損的情況。根據(jù)以往的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),這一運(yùn)算周期以5-10min為宜。
(3)串級(jí)控制系統(tǒng)。以上兩種控制方式所達(dá)到的預(yù)期的控制效果是一致的。當(dāng)然這種控制方式的實(shí)施還要根據(jù)加壓釜進(jìn)料量的大小綜合進(jìn)行考量,如果工藝條件允許的話,可以與加壓釜進(jìn)料口進(jìn)料量、加壓釜液位、壓力變送器形成串級(jí)回路控制,如圖2所示,并結(jié)合工藝指標(biāo)以及工藝要求,達(dá)到生產(chǎn)效率#佳。
圖1中主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值為工藝所需要穩(wěn)定的液位值,因此主回路為定制控制系統(tǒng) ;而由副調(diào)節(jié)器、壓力變送器、進(jìn)料量、流量變送器構(gòu)成的副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng),因?yàn)楦闭{(diào)節(jié)器的設(shè)定值由主調(diào)節(jié)器的輸出提供,它雖主調(diào)節(jié)器的輸出的變化而變化,并根據(jù)副變量的測(cè)量值與給定值的偏差工作。由加壓釜進(jìn)料量作為副變量參與控制,以盡量避免對(duì)主變量加壓釜液位的擾動(dòng),從而通過串級(jí)回路控制,穩(wěn)定加壓釜料量、液位,提升加壓釜的控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。
4 檢修模式下的壓力變送器蒸汽吹掃控制
由于檢修時(shí)加壓釜降溫降壓,溫度突然降低會(huì)引起閥門結(jié)晶卡死,極易導(dǎo)致加壓釜無(wú)法如期開車。在排料管道上壓力變送器進(jìn)料前端引入蒸汽分管道和蒸汽吹掃閥,在降溫卸料后,及時(shí)關(guān)閉壓力變送器前端截止閥并同時(shí)打開蒸汽吹掃閥,在檢修期間定時(shí)打開蒸汽吹掃閥門,保證閥門腔體內(nèi)干凈,不殘留物料結(jié)晶物,防止閥門卡死。關(guān)于吹掃閥門的時(shí)間以及實(shí)現(xiàn)方式,可以利用DCS系統(tǒng)定時(shí)器進(jìn)行自動(dòng)控制,根據(jù)需求進(jìn)行吹掃 ;關(guān)于蒸汽壓力以及蒸汽管道大小的設(shè)置,需要結(jié)合工藝,在不影響生產(chǎn)的前提下選擇合適的蒸汽汽源和管線 ;在正常生產(chǎn)時(shí),蒸汽吹掃閥關(guān)閉,此時(shí)需要做好防護(hù),以延長(zhǎng)蒸汽吹掃閥的使用壽命。
5 結(jié)語(yǔ)
由于加壓釜屬于壓力容器,也屬于特種作業(yè)設(shè)備,因此在一般情況下,工藝控制方案的實(shí)施需要經(jīng)過多次的推敲和論證,要想真正的付諸于實(shí)現(xiàn),需要和工藝生產(chǎn)方經(jīng)過多次的溝通和協(xié)調(diào),并且充分考慮到改造可能會(huì)引起的各項(xiàng)工藝指標(biāo)的變化,甚至可能會(huì)產(chǎn)生的各種安全隱患。以上方案是從理論角度探討,可能會(huì)忽略很多實(shí)際的因素,所以方案是否可行,還需要論證。
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