0 引言
用氯氣進(jìn)行氯化反應(yīng)的技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中具有重要的作用，而氯化反應(yīng)屬于國家公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝之一 [1]。氯氣的反應(yīng)活性特別強(qiáng)，高活性意味著與釜內(nèi)底物反應(yīng)速度快，容易導(dǎo)致過度氯化及氧化。因此，必須針對(duì)其工藝及特點(diǎn)，確定重點(diǎn)監(jiān)控的工藝參數(shù)，合理選擇儀表，進(jìn)行自控和緊急停車系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) [2]，這樣既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少人工操作量，又能保證安全生產(chǎn)，最大限度減少事故發(fā)生。根據(jù)氯化反應(yīng)的工藝監(jiān)控參數(shù)及危險(xiǎn)性，在這里將采用相互獨(dú)立的雙控制系統(tǒng)，一套集散自控 DCS(Distributed Control System) 系統(tǒng)，用于進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)；一套 ESD（Emergency Shutdown Device）緊急停車系統(tǒng)用于緊急停車 [2]；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置雙儀器儀表，分別進(jìn)入 DCS 和ESD 系統(tǒng)。氯化反應(yīng)有如下危險(xiǎn)特點(diǎn)：
1）氯化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，速度快，放熱量大。
2）液氯要先蒸發(fā)再氯化，一旦泄漏危險(xiǎn)性較大。
3）氯化反應(yīng)尾氣中可能形成爆炸性混合物。
4）氯氣本身毒性大。
1 基本設(shè)備
此套氯化反應(yīng)的基本設(shè)備包括 2 臺(tái)液氯鋼瓶，1 臺(tái)氯氣蒸發(fā)器，1 個(gè)氯氣緩沖罐，10 臺(tái)氯化反應(yīng)釜。
2 監(jiān)控參數(shù)
此套氯化反應(yīng)自控及緊急停車涉及的設(shè)備及其對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)儀表和重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)。
2.1 氯化反應(yīng)涉及設(shè)備有相應(yīng)儀表
1） 2 個(gè)液氯鋼瓶各對(duì)應(yīng)的 1 個(gè)液氯切斷閥、1 套稱重儀器。
2） 1 個(gè)氯氣蒸發(fā)器對(duì)應(yīng)的 1 個(gè)蒸汽切斷閥、1 個(gè)蒸汽調(diào)節(jié)閥、2 個(gè)一體化雙支單顯溫度變送器（1 臺(tái)溫度 1 信號(hào)去 DCS，1 臺(tái)溫度 2 信號(hào)去 ESD）。
3） 1 個(gè)氯氣緩沖罐對(duì)應(yīng)的 1 個(gè)壓力變送器。
4） 10 臺(tái)氯化反應(yīng)釜各對(duì)應(yīng) 1 個(gè)通氯氣動(dòng)切斷閥、2個(gè)一體化雙支單顯溫度變送器（1 臺(tái)溫度 1 信號(hào)去 DCS，1臺(tái)溫度 2 信號(hào)去 ESD）、1 臺(tái)氯氣流量計(jì)、1 個(gè)壓力變送器、1 個(gè)攪拌電機(jī)保護(hù)器、1 個(gè)冷凍水進(jìn)水調(diào)節(jié)閥。
3 氯化反應(yīng)自控及緊急停車需要的儀表設(shè)計(jì)
（注：以下所有儀表符合防爆等級(jí) ExdIICT4）
1） 氯氣鋼瓶稱配防爆稱重模塊，防爆稱重顯示儀表帶 4-20ma 遠(yuǎn)傳信號(hào)。

表 1 氯化反應(yīng)自控及緊急停車的重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)編輯清冊(cè)表格
Table 1 Chlorination automatic control and inventory of emergency
shutdown of the monitored parameter edit form

2）氯氣防爆氣動(dòng)切斷閥選用單作用，氣源故障關(guān)，24VDC 供電，電磁閥得電開；閥門材料必須是 304+F46；單作用閥，可以保證氣源故障的時(shí)候，閥門利用自身彈簧壓力迅速關(guān)閉，連接法蘭為 DN25，法蘭壓力等級(jí) 1.6MPa。
3）防爆一體化雙支單顯溫度變送器，量程 -50~200度；每臺(tái)變送器都包含雙支熱電阻芯，其中一支用 24VDC二線制供電，紅色數(shù)碼管就地顯示兼遠(yuǎn)傳，一支熱電阻芯備用。
4）蒸汽防爆氣動(dòng)切斷閥選用單作用，氣源故障關(guān)，24VDC 供電，電磁閥得電開；閥門材料是 WCB+304；單作用閥，可以保證氣源故障的時(shí)候，閥門利用自身彈簧壓力迅速關(guān)閉，連接法蘭為 DN25，法蘭壓力等級(jí) 1.6MPa。
5）蒸汽防爆氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，材質(zhì) WCB+304，氣源故障關(guān)，連接法蘭為 DN25，法蘭壓力等級(jí) 1.6MPa；這樣，如果氣源故障的時(shí)候，調(diào)節(jié)閥能夠自動(dòng)全關(guān)；
6）防爆壓力變送器，帶智能 HART 協(xié)議，DN25 單法蘭鉭膜片襯四氟，量程 0 MPa ～ 1.0MPa，法蘭壓力等級(jí)1.6MPa。
7）防爆金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)，帶瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，DN25，材料 304+F46，法蘭壓力等級(jí) 1.6MPa。
8） 冷凍水防爆氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，DN40，材質(zhì) WCB+304，氣源故障開，法蘭壓力等級(jí) 1.6MPa；這樣，如果氣源故障的時(shí)候，調(diào)節(jié)閥能夠自動(dòng)全開，保障冷卻效果。
4　此套氯化反應(yīng)的自控 DCS 及緊急停車 ESD方案敘述
4.1 基本流程
此套反應(yīng)的基本流程為：液氯通過兩個(gè)液氯鋼瓶，一備一用，經(jīng)過各自氣動(dòng)切斷閥，去一個(gè)蒸發(fā)器，經(jīng)過蒸汽加熱切斷閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水溫給液氯加熱蒸發(fā)，再分別通過氯氣氣動(dòng)閥和氯氣流量計(jì)，進(jìn)入 10 個(gè)氯化釜里，與釜內(nèi)的底物經(jīng)過攪拌反應(yīng)；每臺(tái)反應(yīng)釜的夾套冷凍水調(diào)節(jié)閥根據(jù)釜溫調(diào)節(jié)進(jìn)水流量。
4.2 氯化反應(yīng)自控 DCS 方案
4.2.1 蒸發(fā)器工段自控方案
液氯由鋼瓶液相出料，進(jìn)蒸發(fā)器；蒸汽調(diào)節(jié)閥將根據(jù)蒸發(fā)器雙支單顯溫變溫度 1，調(diào)節(jié)進(jìn)蒸發(fā)器蒸汽流量，保持蒸發(fā)器的水溫保持一個(gè)相對(duì)恒定的安全需要值，液氯經(jīng)過熱水加熱蒸發(fā)去緩沖罐；當(dāng)此溫度高于某個(gè)設(shè)定值的時(shí)候，DCS 自動(dòng)強(qiáng)制發(fā)出將蒸汽調(diào)節(jié)閥全關(guān)的信號(hào)；當(dāng)此溫度低于某個(gè)設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)強(qiáng)制將調(diào)節(jié)閥全關(guān)的信號(hào)取消，調(diào)節(jié)閥繼續(xù)根據(jù)此溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的水溫。
4.2.2 氯化釜 A-J 溫度調(diào)節(jié)自控方案
冷凍水調(diào)節(jié)閥根據(jù)氯化釜雙支單顯溫變溫度 1 調(diào)節(jié)進(jìn)冷凍水流量，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，DCS 自動(dòng)強(qiáng)制發(fā)出將冷凍水調(diào)節(jié)閥全開的信號(hào)；當(dāng)此溫度低于某個(gè)設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)強(qiáng)制將調(diào)節(jié)閥全開的信號(hào)取消，調(diào)節(jié)閥繼續(xù)根據(jù)此溫度自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的水溫。
5 氯化反應(yīng)緊急停車 ESD 方案
1）液氯鋼瓶工段，鋼瓶的重量信號(hào)與其對(duì)應(yīng)的液氯切斷閥聯(lián)鎖，當(dāng) A 鋼瓶重量低時(shí)，自動(dòng)切斷 A 鋼瓶氣動(dòng)切斷閥；當(dāng) B 鋼瓶重量低時(shí)，自動(dòng)切斷 B 鋼瓶氣動(dòng)切斷閥，保證安全；邏輯上程序做到 A 鋼瓶和 B 鋼瓶切斷閥不能同時(shí)打開，保證安全。
2）蒸發(fā)器工段，蒸發(fā)器水溫雙支單顯溫變溫度 2 高，蒸汽切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，切斷蒸汽；蒸發(fā)器水溫雙支單顯溫變溫度 2 低，蒸汽切斷閥自動(dòng)打開，繼續(xù)通蒸汽。
3） 氯氣緩沖罐工段，緩沖罐壓力高，自動(dòng)切斷液氯鋼瓶 A 和 B 的液氯切斷閥，保證安全。
4）通氯反應(yīng)釜，如果氯化釜內(nèi)雙支單顯溫度 2 高或釜內(nèi)壓力高或氯氣流量累計(jì)到設(shè)定值或攪拌電機(jī)故障信號(hào)來，將自動(dòng)關(guān)閉各自反應(yīng)釜對(duì)應(yīng)的通氯氣動(dòng)閥，保證安全。
5）液氯鋼瓶 A 重量低、液氯鋼瓶 B 重量低、氯氣蒸發(fā)器雙支單顯溫變溫度 2 高、氯氣緩沖罐壓力高、氯化反應(yīng)釜 A-J 的雙支單顯溫變溫度 2 高，氯化反應(yīng)釜 A-J 的壓力高，氯化反應(yīng)釜 A-J 的攪拌電機(jī)故障信號(hào)來，氯化釜通氯氣流量累計(jì)到達(dá)設(shè)定值，任何一個(gè)報(bào)警條件滿足，都要輸出聲光報(bào)警信號(hào)同時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)和自控室警示，保證安全 [3]。
6）緊急停車 ESD 系統(tǒng)里，做軟邏輯一鍵緊急切斷按鈕，和復(fù)位按鈕，只要點(diǎn)擊此按鈕，則無論在任何反應(yīng)階段，液氯鋼瓶 A 和 B 的出口氣動(dòng)閥，蒸發(fā)器進(jìn)蒸汽氣動(dòng)閥、氯化反應(yīng)釜 A-J 的通氯氣動(dòng)閥，必須同時(shí)關(guān)閉。
7）操作臺(tái)上里，做緊急切斷按鈕 [3]，每個(gè)按鈕帶 2副接點(diǎn)，帶自保持，帶保護(hù)罩。只要點(diǎn)擊此按鈕，則無論在任何反應(yīng)階段，按鈕的一副硬接點(diǎn)通過硬接線，同時(shí)斷開液氯鋼瓶 A 和 B 的出口氣動(dòng)閥，蒸發(fā)器進(jìn)蒸汽氣動(dòng)閥、氯化反應(yīng)釜 A-J 的通氯氣動(dòng)閥的電源回路，同時(shí)關(guān)閉液氯鋼瓶 A 和 B 的出口氣動(dòng)閥，蒸發(fā)器進(jìn)蒸汽氣動(dòng)閥、氯化反應(yīng)釜 A-J 的通氯氣動(dòng)閥；一副接點(diǎn)去緊急停車系統(tǒng) ESD 的DI 點(diǎn)，去關(guān)閉液氯鋼瓶 A 和 B 的出口氣動(dòng)閥，蒸發(fā)器進(jìn)蒸汽氣動(dòng)閥、氯化反應(yīng)釜 A-J 的通氯氣動(dòng)閥；二副接點(diǎn)，同時(shí)用硬接線和進(jìn) ESD 系統(tǒng)做開關(guān)信號(hào)，雙保險(xiǎn)，同時(shí)作為切斷閥門的開關(guān)信號(hào)。
6 施工說明
1）所有溫度、壓力取源點(diǎn)均由安裝及設(shè)備專業(yè)預(yù)留，位置由工藝、設(shè)備和自控人員一起定位；配管、設(shè)備上直接安裝的儀表也已由配管安裝隊(duì)、設(shè)備專業(yè)預(yù)留相應(yīng)的配對(duì)法蘭及緊固件。儀表安裝按照提供的安裝圖進(jìn)行；儀表導(dǎo)壓管從檢測(cè)點(diǎn)至變送器管線走向視現(xiàn)場(chǎng)情況決定 [4]。
2）現(xiàn)場(chǎng)儀表電纜出口通過電纜密封接頭后直接穿管敷設(shè)，穿管盡可能利用工藝配管的支撐進(jìn)行固定，具體走向視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。
3） 主匯線槽的敷設(shè)根據(jù)儀表電纜電線平面敷設(shè)圖進(jìn)行，穿管的敷設(shè)走向、方式由施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。做到合理省材，整齊美觀。
4）進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)接線箱的電纜通過電纜密封接頭后直接敷設(shè)在電纜匯線槽或就近的電纜橋架內(nèi)。
5）現(xiàn)場(chǎng)變送器和接線箱、儀表保護(hù)箱的安裝固定視現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定，盡量避開工藝配管和設(shè)備。
6）現(xiàn)場(chǎng)儀表電纜橋架的固定安裝，盡量采用相應(yīng)位置的儀表預(yù)埋件進(jìn)行固定，如工藝配管發(fā)生碰撞，在現(xiàn)場(chǎng)視具體情況進(jìn)行調(diào)整；如儀表電纜橋架位置調(diào)整后，盡可能利用工藝配管的支撐件進(jìn)行支撐固定。
7）與電氣專業(yè)有關(guān)的所有信號(hào)電纜均由電氣專業(yè)提供，并以自控專業(yè)的繼電器柜端子為界限。
8）由于各設(shè)備包提供的設(shè)計(jì)資料深度不同，設(shè)備包成套帶儀表的接線以實(shí)際到貨現(xiàn)場(chǎng)資料為準(zhǔn)。
7 結(jié)束語
氯化反應(yīng)屬于國家重點(diǎn)監(jiān)管危化工藝，設(shè)計(jì)了上述自控及緊急停車方案并實(shí)施后，將大大提高產(chǎn)品的合格率 ,并大大減少事故發(fā)生的幾率，即使事故發(fā)生，自控及緊急停車裝置也能及時(shí)自動(dòng)阻止事故的擴(kuò)大。