液位变送器氨空比联锁分析与改进

   摘 要 液位变送器在运行过程中，氨空比联锁出现过多次误动作跳车。通过研究分析，找出氨空比联锁误动作的原因，制定有针对性的方案并实施，有效提高了氨空比联锁的可靠性。

    中国石油兰州石化公司化肥厂稀液位变送器年设计生产 60% 稀硝酸 25 万吨。稀液位变送器主要以氨为原料生产稀硝酸，采用的是双压法流程，装置由液氨蒸发系统、四合一机组系统、氧化锅炉系统和吸收单元组成。

    氨氧化是硝酸生产的重要工序。氨氧化时氨－ 空混合气在铂网上发生氧化反应生成一氧化氮和水，同时放出大量的热，这是一个高温、快速、易爆的化学放热反应过程。因此在确保氨氧化安全
生产的前提下，提高氨氧化率、降低铂金消耗是提高硝酸生产效益的主要手段。

    1 氨空比联锁
    氨过热器来的氨和四合一机组空压机来的空气按一定比例在氨空混合器内混合后进入氧化炉，进行氨氧化反应。氨氧化系统 DCS 工艺流程如图 1 所示。
      氨空比比值低，转化率低，致使能耗大、生产 成本高，尚未反应完的氨气滑过铂金网，在后续吸收单元中生成硝酸铵和亚硝铵，硝酸铵和亚硝铵有猛烈的爆炸性质，是必须防止产生的; 氨空比比值高，有利于提高转化率、降低消耗，但反应温度高，铂金网损耗大幅提高，温度过高，易发生烧坏铂金网的事故，且氨 － 空混合气比值达到爆炸极限时，氧化炉极易发生爆炸，安全无法保障。工艺为保证高转化率、低消耗，同时保证安全，必须根据生产需要设定氨空比。为防止氨空比过高或过低发生安全事故，氧化炉氨空比设定报警值: 低报L = 8． 0，高报 H = 10． 5。联锁值: 低低联锁 LL = 7． 0，高高联锁 HH = 11． 0。

    装置投产运行时，氨空比的计算通过氨流量
FＲSA31002 和 空 气 流 量 FＲSA31003 在 HONEY- WELL PKS DCS 系 统 中 实 现。氨 空 比 FFＲ-SA31000 的计算公式为: FFＲSA31000 = FＲSA31002 × 100 /( FＲSA31002 + FＲSA31003)

    当氨空比高于 11． 0 或低于 7． 0 时，氨空比联锁动 作，氨 切 断 阀 UV31001 和氨压力调节阀PV31002 电磁阀失电，切断氨进料，氨 放 空 阀HV31005 电磁阀失电，氨放空，液位变送器稀硝单元停车。

    设定氨空比后，是由空气流量和氨空比设定值通过运算计算出氨流量 FＲSA31002 的设定值的，通过氨流量调节阀 FV31002 控制入氧化炉氨流量，工艺通过调整空气流量控制进入氧化炉的氨 － 空气混合气的总量。

    根据最新的 SIL 评估报告，氨空比高高联锁等级为二级，低低联锁等级为三级，具体见表 1。
      气体流量测量系统中，温压补偿是一个不可缺少的环节，鉴于氨、空气流量精确测量的重要性，将氨流量 FＲSA31002 和空气流量 FＲSA31003通过温压补偿计算为标准温度和压力下的流量值并参与联锁、控制。

    氨空比控制系统框图如图 2 所示。     2 氨空比联锁运行过程中存在的问题与解决方案
    2．1 存在的问题
    液位变送器在运行过程中，氨空比联锁出现过多次误动作跳车，给装置安全稳定运行造成很大困扰，通过研究分析，整理出以下问题:

    a． 装置建设投产时氧化炉氨空比由一台氨流量表 FT31002 和一台空气流量表 FT31003 通过运算实现，当氨 流 量 表 FT31002 或 空 气 流 量 表FT31003 指示不准或故障时，极易引发氨空比联锁误动作或造成生产安全事故，联锁可靠性差。
    b． 氨 流 量 表 FT31002 的 量 程 为 0． 000 ～ 0． 626kPa，空气流量表 FT31003 的量程为 0． 00 ～ 0． 82kPa，都为微差压变送器，测量易受干扰。在装置连续两次氨空比联锁停车后，对测量回路进行检查处理发现 DCS 事件记录中有氨空比联锁高高动作记录，而氨流量 1s 的历史趋势却没有波动痕迹。经分析为氨流量曾出现过瞬时波动，但历史趋势采集周期为 1s，氨流量瞬间波动在历史趋势上没有显示。
    c． 空气流量 FＲSA31003 曾出现过频繁波动现象，导致氨空比联锁误动作，装置停车，检查过程中从空气流量表 FT31003 中排出过水滴，判断为空气中含有的少量水汽在导压管凝结，进入流量表变送器膜盒，造成空气流量 FＲSA31003 测量不准，出现波动。
    d． 运行过程中发现氨流量调节阀 FV31002控制过于敏感，导致氨流量 FＲSA31002 常出现波动。
    e． 参与氨流量温压补偿的 氨压力PＲCA31002 或氨温度 TＲCA31022 故障显示无效值 NAN 时，氨流量 FＲSA31002 /B /C 温压补偿后的值也显示 NAN。同样，参与空气流量温压补偿的空气压力 PI50229 或空气温度 TI31010 故障显示无效值 NAN 时，空气流量 FＲSA31003 /B /C 温压补偿后的值也显示 NAN。经试验确认，当参与氨或空气流量温压补偿的温度或压力故障显示无效值 NAN 时，氨空比联锁将无法正常运行。
 
    2． 2 解决方案
    为提高氨空比联锁可靠性，保障装置安全稳定长周期运行，针对氨空比联锁存在的问题进行了以下调整优化:

    a． 新增两块氨流量表 FT31002B /C 和两块空气流量表 FT31003B /C，3 台氨流量表测量信号分别进 DCS 系统 3 个不同的冗余 AI 卡，3 台空气流量表测量信号也分别进 DCS 系统 3 个不同控制器的3 块冗余 AI 卡，在 DCS 系统分别对3 个氨流 量 FＲSA31002 /B /C 和 3 个 空 气 流 量 FＲ- SA31003 /B /C 做三取中，三取中后的氨流量和空气流量参与氧化炉氨空比联锁。

    b． 对测量氨流量 FＲSA31002 /B /C 的变送器和测量空气流量 FＲSA31003 /B /C 的变送器适当增加阻尼时间，防止空气流量或氨流量因干扰而出现瞬间波动后造成氨空比联锁误动作。

    c． 氨流量 FＲSA31002 /B /C 三取中后的值代替原 氨 流 量 FＲSA31002 参与氨流量调节阀FV31002 的控制，调整氨流量控制回路 PID 参数，让调节阀动作趋于平稳。

    d． 将 3 台空气流量表 FT31003 /B /C 导压管整体上移至变送器上方，增加凝液罐，用于定期排液，并增加仪表保温伴热，防止空气中水汽凝结对空气流量测量产生影响。

    e． 在DCS系统中对参与氨流量 FＲ- SA31002 /B /C 和空气流量 FＲSA31003 /B /C 的温压补偿的温度和压力进行设置。当氨压力PＲCA31002、氨温度TＲCA31022、空气压力PI50229、空气温度 TI31010 值过低、过高或显示为无效值 NAN 时，DCS 判断为测量指示异常，发出声光报警，DCS 逻辑自动选取根据经验设定的固定值进行温压补偿，工艺操作人员及时联系仪表维护人员处理解决故障。通过该设置，可有效降低因参与温压补偿的温度、压力异常对氨空比联锁造成的影响。

    3 结束语
    通过对液位变送器氨空比联锁的完善和改进，有效提高了氨空比联锁的可靠性，化验室通过取样化验，化验数据与氨空比比值相符，解决了困扰稀液位变送器安全稳定运行的难题，为装置安全稳定运行提供了保障，具有一定的推广应用价值。