摘要:以某无机盐化工企业为实例,分析了其存在的主要环境问题和风险源项,筛选出其中最重要的三处提出了自动化改造建议,并进行了投资估算,为同类企业改造提供了参考。
关键词:自动控制;无机盐化工企业;突发风险事件
无机盐化工是无机化工部类中极为重要的组成部分,为社会提供矿物性原料、涂料中间产品、化学肥料等众多产品,带动钢铁、机械、能源、物流等众多行业发展,其产业链涉及生活、生产的各方面。无机盐化工行业单品的产量和产业集中度较高,生产过程及废弃物中可能含有重金属,排入环境后造成持久性污染。此同时,该技术门槛较低,现存各种规模的企业装备水平普遍较低,存在较大的环境和安全风险。近年来国家逐渐收紧产业及环保政策,如《湖南省突发环境事件应急预案管理办法》[1]就从风险防控的角度对企业装备水平提出了明确要求。自动控制系统对于风险预防以及后果控制有重要的意义,现有企业通过自动化改造,能够以较小的投资获得重大的经济、环境收益。本文拟结合某企业生产实际提出自动控制系统应用建议。
1.无机盐化工企业面临的挑战
1.1装备水平总体不高
我国将无机化工行业中的三酸、两碱、化肥、原盐和部分无机颜料之外的无机盐、无机酸碱都划入无机盐工业,我国生产无机盐产品1300多种[2]。产品种类众多的同时企业普遍生产规模小,单品种产量不大,年产量达100万吨级以上的只有硅酸钠、硫酸铝等十余种。
由于历史的原因我国无机盐工业总体装备水平仍然不高,如某国内主要的立德粉生产企业,仍使用上世纪90年代装备,手工劳动为主[3]。
1.2企业盈利能力不足
企业盈利能力不足缺乏资金投入也是制约装备水平提升的重要因素。
从化工原料及化工制品固定资产投资累计完成额看,自2016 年开始已连续两年处于负增长,全行业盈利能力总体不佳,大规模技术改造所需资金投入,往往令企业无法承受。
1.3安全与环境约束日益严格
为充分利用资源,无机盐化工企业的原料多为其他行业的副产品或废物,以及品位较低的矿物。粗放发展阶段对污染关注不足,管理标准缺乏,因此本行业污染问题逐渐积累,矛盾日趋尖锐,如选址于居民区附近、与重要的水源地或生态保护区比邻的现象普遍存在。前文提及的某立德粉企业,位于饮用水源保护区上游,一旦发生泄露2小时即可进入湘江,威胁下游数百万人口用水安全。
2.某企业改造建议方案
某公司成立于2002年4月,以重晶石、次氧化锌、硫酸、煤为主要原料,生产硫化钡和硫酸锌,再合成锌钡白(别名:立德粉),年生产能力1.2万吨。拥有8500吨/年硫化钡、4000吨/年硫酸锌以及碳酸锌生产线各一套。
根据对某企业的现场核查,认为该企业存在的风险事件源项及风险事件从成因如下表所示。
表 1 某企业风险源概况
2.1改造的重点岗位
根据该企业临近河道且位于饮用水源保护区上游的环境特征,在经费有限、对生产过程扰动最小的前提下,对可能造成水体污染的风险岗位进行改造能够得到最佳的环境效益和资金利用效率,对照该企业风险源概况,拟选择液体原料储罐、中间产品储罐和废水净化装置作为改造的重点岗位。
2.2控制目标与实现
2.4.1 储罐
该企业的硫酸、双氧水、硫化钡和硫酸锌溶液均存放在储罐中,当储罐液位升高表明物料总体上进入储罐,液位降低表明物流总体上流出储罐,当出现下游阀门关闭而液位持续降低,或加注物料而液位上升速度小于预期,则表明可能存在泄漏,需通过报警提示管理人员注意。可见液位的异常变化可以作为物料泄漏的参考指标。结合该企业的实际情况,所谓的异常主要表现为三种情况,分别是加注物料时液位上升幅度滞后于理论值、生产停止出口阀门关闭后液位仍降低,以及生产过程中液位变化偏离理论值。
从控制逻辑上考虑,可在入口阀前及出口阀后各设一流量计,并与储罐内的液位信号连锁,当前后两处流量均为零时,判定生产停止,液位计定期巡检储罐内液位高度,考虑到昼夜温差变化及液体存在蒸发损失,可适当放宽液位变化容许限值,即在一定范围内波动,或变化速率小于某一控制值时都不判定为泄漏,仅形成记录提示操作人员及时巡视确认情况。为掌握物料加注或放出时储罐内液位变化规律,需对液位与流量的相互关系进行标定,获取不同流量下液位变化曲线,将上述流量-液位信号作为是否存在泄漏的判定依据,当出现偏离时即提示可能存在泄漏,应及时报警提醒操作人员现场核实。
2.4.2 污水净化设施
污水净化设施的改造主要是确保出水水质达标,特别是一旦确认出现超标或进水浓度异常可能导致超标时,应及时采取截断、暂存措施。
该企业废水中含锌、铅、镉、铜等多种重金属离子,处理工艺为投放硫化钠和碳酸钠形成重金属的难溶盐,再通过沉淀的方法从废水中去除,考虑废水源头,选择锌离子作为特征因子,因其与其他重金属离子的浓度存在大致的比例关系,可作为参考指针以避免重复检测。此外,该企业排水为间歇式分批次排放,不同批次间污染物浓度相差不大,因此从控制方式考虑在废水进入污水净化设施的位置增加一套流量计,其信号控制加药计量泵,要求药剂浓度固定,形成投药量与废水流量的连锁关系,确保自动加药。在废水总排口处增加一套锌离子自动在线监测设备和两套气动截断阀,排向外环境的截断阀工作方式为停电自动关阀,以防止发生事故停电后废水外泄,排向事故池的截断阀工作方式为停电自动开启,确保停电状态下可能出现超标的废水能被及时收集暂存。
2.5 改造费用
本次改造共拟新增流量计31台,液位计16套,计量泵4台,锌离子在线监控一套,PLC控制柜一套,电源线、信号线(含中继放大器)若干,总投资约30万元,基本将全厂最主要的风险泄漏源都涵盖其中,流量、液位等数据还可以控制生产状态提高原材料利用效率减少浪费。
3.总结
随着社会经济的不断发展,无机盐化工行业的环境污染和环境风险问题已引起人们的高度重视,在装备水平不高,资金有限,外部约束日趋严格的条件下,对现有无机化工企业主要风险源头实施自动控制改造,是提高生产装备水平,控制改造成本,满足外部约束的有效途径,值得同类企业参考借鉴。
参考文献:
[1]湖南省人民政府办公厅.关于印发《湖南省突发事件应急预案管理办法》的通知[A],湘政办发〔2014〕86号,2015年1月
[2]胡庆福 宋丽英 胡晓湘,中国无机盐工业近五十年发展概况,无机盐工业[J] 第43卷第6期 1~6,2011年6月
[3]某化工有限公司突发环境事件应急预案[R].2014年9月
作者简介:刘颖(1980-),女,工程师,主要从事化工行业仪表自动化设计;黄啸(1980-),男,高级工程师,主要从事环境技术与管理咨询。
论文作者:刘颖1,黄啸2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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