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關于氟化工安全設計的自控儀表選型分析
發布時間：2020-09-07 06:54:18??點擊次數：2407次
摘要：氟化工產業是一門新興的高新技術產業，有機氟材料是列入工信部“十二五”規劃重點發展的品種之一。由于氟化工產品生產過程中涉及易燃、易爆、腐蝕、有毒原輔料的使用，安全重點監管危險工藝的操作，因此在生產工藝的安全設計中，要設計好各類安全設施保證裝置穩定運行和便于控制，而儀表及自控閥門的選型，對生產過程的計量、控制以及安全保障是必不可少的。
氟化工項目的工藝和工程安全設計都必須遵循化工行業的有關設計規范、標準和法規。嚴格執行有關防火、防爆、防雷、防靜電的設計標準和規范。同時應該整體把握工藝過程的安全性，必須對安全設計中的各類危險進行辨識，提出合理的解決方案和應對措施，而氟化工儀表的設計選型需要以物料特性、工藝條件以及設備尺寸、管口連接形式為前提條件，本文主要從安全的角度來談談氟化工自控儀表的選型。
1、氟化工安全設計中的危險識別
在氟化學品生產過程中，從原輔料、中間產品到成品，大都具有易燃、易爆、毒性、腐蝕性等化學危險性，并且操作過程中的裂解、氟化、聚合等反應屬于安全重點監管的化工工藝，高溫、高壓、深冷等苛刻操作條件需要進行可靠有效的控制。
1.1典型氟化工物料的危險性辯識
氫氟酸是一種腐蝕性*強的高毒液體，遇水會發生劇烈的放熱反應，人體接觸無水氟化氫會造成嚴重灼傷。事故案例：氫氟酸貯槽液位計破裂導致噴濺灼傷甚至致人死亡；加熱無水氟化氫鋼瓶又因鋼瓶降溫后導致含水物質倒吸到鋼瓶引起傷亡的爆炸事故。
四氟乙烯，化學性質活潑，易燃的液化氣體。容易發生氧化、自聚、歧化反應，反應具有連鎖性。安全的存儲方式是在氧含量10ppm，-25℃以下貯存，不適合運輸。事故案例：直接對6L鋼瓶裝四氟丙烯進行蒸汽加熱投料時，氧含量超標發生爆炸，造成一死一傷的事故；四氟乙烯計量槽因為過氧化物聚集發生連鎖反應導致計量槽爆炸。這些原因是四氟乙烯在連鎖反應中瞬間集聚的大量熱難以傳導出去導致容器壓力升高發生爆炸事故。而四氟乙烯生產過程中的副產六氟丙烯、全氟異丁烯等毒性很高，經口、鼻、皮膚進入人體后會引起中毒。化工產品生產常用的酸堿，都具有腐蝕性，飛濺到人體皮膚、眼睛會引起灼傷事故，生產操作時需要佩戴好勞動防護用品。
1.2氟化工反應、分餾、回收、貯存裝置大部分都是壓力容器，在安全設計時，要合理地選擇材質、壓力等級、溫度條件以及爆破片、安全閥等重要附件，保證設備投入生產后能安全可靠運行。
2、氟化工安全設計的自控儀表選型
由上可見，如果在生產研究中能遵循物料特性正確操作，關鍵設備加裝自控儀表和報警系統，事故的發生將可以避免，現在逐漸減少的氟化工事故發生率也說明了大部分安全事故是可防可控可避免的。化工自控儀表就像是操作人員的眼睛，在保證安全生產上是不可或缺的，對氟化工生產企業的安全生產具有重要的意義。
2.1溫度儀表
氟化工裝置常用的溫度儀表包括雙金屬溫度計、熱電阻和熱電偶。 對于溫度不高、有腐蝕性介質的工作條件下，溫度計采用法蘭安裝，溫度計保護管采用襯氟不銹鋼的雙金屬溫度計或裝配式熱電阻。對溫度較高、有腐蝕性介質（例如AHF）的工作條件，溫度計保護管材質可采用蒙乃爾合金。TFE的裂解反應器屬于管式反應器，可以用表面接觸式熱電偶測量其表面溫度，能觀察反應器的工作狀態。HFC-125、HCFC-22等裝置的反應器溫度較高，采用了多點熱電偶，可以測量反應器內部不同位置的溫度，利于觀察反應器內部溫度分布情況。
2.2壓力儀表
普通介質的就地壓力表材質采用不銹鋼彈簧管壓力表，含有腐蝕性介質的場合采用襯氟或哈氏合金C膜片的壓力表。對于含有氫氟酸等腐蝕性介質的條件下，采用帶毛細管的襯氟膜片壓力變送器。連接方式多用螺紋連接。
2.3液位儀表
（1）磁翻板液位計
磁翻板液位計分為頂裝或側裝兩種，磁翻板液位計具有測量精準、性能穩定、可靠性高、維護簡便、使用靈活、價格相對較低等優點。普遍用于釜、槽、管道裝置上，可以接入DCS系統遠傳顯示。
（2）浮球液位計
浮球液位計具有精度高、分辨率高、維護量低等優點。磁翻板液位計測量管、測量干及浮球材質采用不銹鋼襯四氟，適合在腐蝕性介質的場所使用。在分層的物料中，浮球介于兩相之間時可用來指示分層液位。
（3）雷達液位計
無水氟化氫貯槽不允許側面和底部開口，頂裝雷達液位計無可動部件，并且免受介質密度和溫度的變化，而測量精度不受影響，雷達液位計對這種危險介質的計量是一種很好的選擇。
2.4流量儀表
（1）轉子流量計
氟化工裝置工藝介質一般具有流量小、量程比大、強腐蝕性等特點，而轉子流量計的優良性能恰恰適合氟化工裝置對這些方面流量測量的要求。 轉子流量計主要是不銹鋼材質，適用于腐蝕性物料，并且維護方便，價格便宜。
（2）電磁流量計
電磁流量計主要應用具有強酸、強堿等腐蝕性導電介質。電磁流量計比轉子流量計有更寬的量程比，精度更高，可應用于大直徑的管道，強酸或強堿介質中也可選用耐腐蝕性的材質。相對渦街流量計來說前后直管段要求低，降低了配管的難度。
（3）質量流量計
質量流量計具有很高的測量精度，并且測量不受流體物性的影響，無上、下直管段的要求，可以多參數測量，如溫度、密度等，但成本較高。質量流量計精度高、能遠傳顯示的特點，主要應用于裝置進出物料計量，方便企業成本核算，滿足其計量的需求。也可用在含氟污水處理裝置中用來測量含有氫氧化鈣固體顆粒污水質量流量，同時輸出密度參數。
2.5控制閥
主要分為調節閥和開關閥。一般設計閥體材質等級不低于管道材質等級，閥內件（閥芯、閥桿和閥座）材質選用316L；對于含有腐蝕性介質（AHF、HCl等）要求選用襯氟波紋管密封閥門。 氟化工裝置內的調節閥都選用了氣動薄膜調節閥。由于氟化工裝置有不少介質屬于易燃易爆裝置，防爆等級要求較高，相對于電動調節閥來說，選用氣動閥門大大降低了因電火花可能對裝置造成的危害。氣動調節閥的設備及使用成本較低，并且可以利用調節閥的故障開關實現部分簡單的聯鎖功能，降低了企業的生產成本。 一般工作場合氣動調節閥閥芯形式選用柱塞型；對于壓差較大的氣動調節閥，閥芯形式選用了套筒類的調節閥，避免了普通柱塞閥因壓差大造成的調節不準確缺點。
（2）開關閥
和調節閥一樣，開關閥一般也選用氣動閥門。工藝物料介質選用氣動切斷球閥，尤其是關鍵部位的聯鎖或安全切斷部分，對進入DCS系統的開關閥有安全完整性等級的要求。對于公用工程管道上的開關閥，小口徑選用開關球閥，大口徑（200mm以上）則選用了氣動切斷蝶閥。
2.5由于氟化工裝置的特殊性，還需要設置一些用量較少
但很重要的其它類型儀表。例如在線水份含量分析儀、在線氧含量分析儀、在線氟離子分析儀以及可燃、有毒氣體報警儀等儀表。四氟乙烯生產裝置內設置在線水份含量、氧含量分析儀很有必要。對于罐區這樣的易燃易爆危險環境，必須設置可燃氣體濃度、有毒氣體濃度檢測及報警裝置。
3、結語
氟化工安全設計中的自控設計是一項系統工程，而儀表選型是自控設計的基礎工作，基礎工作做不好將會給整個系統設計留下隱患，并暴露在后續的施工、開車及裝置的運行過程中。儀表選型*先需要考慮測量的準確性、合理性和可靠性，其次考慮用戶的適用性、經濟性以及維護的方便性，以使各型儀表充分發揮應有作用，確保生產裝置安全、穩定、連續運行。
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