电石生产工艺及控制方案

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1、电石生产工艺及自控实施方案总结电石是有机合成工业的重要基本原料。电石的分子式为CaC2，密度2.22g/cm3（18C）, 熔点2300C,在空气中能吸收水份，能导电，纯度越高，导电越易，在水中分解生成乙炔 和氢氧化钙，并放出热量。以电石乙炔为原料可制取乙烯、氯丁橡胶、氰氨化钙、乙酸、 三氯乙烯、醋酸和醋酐等数以千种的有机化合物，因此乙炔也被誉为“有机合成工业之母”。1. 电石生产发展的现状电石行业在我国的发展已有50多年的历史，取得了举世瞩目的成绩。尤其随着以乙炔 为源头的工业，主要是PVC （聚氯乙烯）行业的迅速发展，电石的产能、产量也发展迅速, 目前已跃居世界首位，并仍然呈高速上升趋势。

2、统计数据显示 2006 年电石产能达到 2000 万t以上，产量突破1000万t； 2007年产能突破2500万t,产量达到1700万t。并且今后 的几年内仍将会以每年20%以上的速度增长。在 2003 年之前国内电石厂的数量和规模都是比较小的。全国电石生产厂家一共有100 余家，其中生产能力在5万t/a以上的只有20余家。而在2004年，仅仅一年的时间，在下 游产品特别是聚氯乙烯拉动下国内电石产能大幅地增长。在2004年我国中型规模以上电石 生产企业250多家。其中，产量达5万吨以上的有36家，超过10万吨的有5家。而到目 前，全国已经有中型规模以上电石生产企业300多家，产量超过10万吨的

3、有15家。生产 厂家主要分布在发电能力比较集中的西部地区，如内蒙古、甘肃、宁夏、四川和云南。在工艺方面，前几年还有很多对环境污染很大、资源消耗高、操作环境极其恶劣的开 放式电石炉。而随着国家对电石行业进行调控，将准入的门槛提高，以及国内厂家对国外 先进电石生产工艺及设备的研究和消化，在2005年之后新上的电石生产装置基本上都采用 内燃式（或称半密闭式）和密闭式电石炉工艺。在能耗、安全、环保和自控水平等方面都 较以前有很大的提高。2. 电石生产的工艺电石生产将分为原料贮运、炭素干燥及输送、电石生产、固态电石冷却、破碎、储存 和除尘几个工序。1）原料贮运电石生产主要原料焦炭、石灰、电极糊运入厂区后

4、，经地中衡计量后贮存。焦炭采用 露天堆场和焦棚贮存，石灰采用地下料仓贮存。焦炭干燥时由装载机送到受料斗中，经带式输送机及斗式提升机送到破碎筛分楼筛分 筛分粒度合格的焦炭通过带式输送机送至炭材干燥中间料仓。石灰需要经带式输送机送至 石灰破碎筛分楼进行破碎筛分，破筛粒度合格的石灰则送至合格石灰贮斗。需要石灰时， 通过振动给料机、石灰皮带、斗式提升机、犁式卸料器、炉顶皮带和卸料阀加入到电炉上 面的石灰料仓中。2）炭素干燥及输送合格粒度焦炭由胶带输送机分别送入湿焦炭仓，再由电机振动给料机把焦炭送入回转 干燥机进行烘干。经过烘干后的物料由胶带输送机斗式提升机送往配料站，储存备用。烘干炭素的热量由热风炉供

5、给，达到400600C,炭材物料流入烘干机内，由回转干燥 机转动，其内部栅格式扬板使物料均匀扬起，使热风与物料充分接触，热风把物料中水份 带走，起到干燥物料作用。热风炉以煤为燃料。用过的热风低于160C进入旋风除尘器、布 袋除尘器净化排空，收集的炭材粉被送入炭材粉仓，再由汽车送至厂外。除尘后的废气达 标经烟囱排空。各种炭素（焦炭和白煤）通过称重皮带按照配比，经过平皮带、斗式提升 机、犁式卸料器、炉顶皮带和卸料阀加入到电炉上面的炭素料仓中。3）电石生产合格粒度的石灰、炭素在电炉上面的料仓中，通过振动给料机按照一定的重量配比加 入到称重斗中。再通过称重斗的振动给料机按一定的重量配比，同时将炭素和石

6、灰下料到 混料仓中，再由下料阀和向下延伸到电炉内的料管靠重力进入炉中。电石炉是将电能（电弧和电阻发生的热）来进行加热的装置。电能由变压器和导电系 统经自焙电极输入炉内，石灰和炭素原料在电弧电阻产生的高温（20002200C）下转变成 电石。在电石的生产中，电极本身也是要消耗的，因此每隔半小时到 1 小时的时间就需要对 电极进行一次压放，每次压放50mm。同时，为了使电炉保持高温和生产的稳定性需要保持 恒定的电流、或者功率、或者流压比。在正常情况下，稳定电流、或者功率、或者流压比 是通过调节电极插入炉料的深度，即升降电极来实现的。一般，每隔一小时左右从炉口出炉一次，出炉的即是冶炼好的电石了。出炉

7、时采用烧 穿装置，让熔融的电石从假炉门流入牵引小车上的电石锅内，由卷扬机将小车拉到冷破厂 房进行冷却破碎。4）冷却、破碎、储存液态电石注入电石锅经卷扬机牵引小车送至冷却厂房。由吊钩桥式起重机将电石锅用 吊具从小车上吊出，放置在“热锅预冷区”冷却。待液态电石凝固成砣后从锅内吊出放置在冷 却区继续冷却（冷却时间约2022h）。再由吊钩桥式起重机通过专用卡具将整砣电石从锅 内吊出，送至破碎平台进入一次破碎机破碎（破碎后的块状电石粒度三200mm）。再经带式 输送机送至二次破碎机破碎（破碎后的块状电石粒度80mm）o然后再经带式大倾角输送机 送至成品电石仓贮存。需要时经方形电动鄂式阀以汽车运出。5）电

8、炉尾气除尘出于环保的考虑，电炉的尾气因含有大量的烟尘需要经过除尘才能排放到大气中。电 炉尾气除尘的方式有电除尘方式和布袋除尘方式，而目前采用比较多的则是布袋除尘方式 采用布袋除尘的工艺是电炉的尾气先经过空气冷却器将温度降下来在送入一个个并联的布 袋除尘器中。烟尘留在布袋的内侧，透过布袋的气体直接排放到大气中。布袋除尘器需要 每隔一段时间进行一次清灰和卸灰，以保证它除尘的能力。3. 电石装置自动实施方案电石生产装置的控制点数不算多，公用部分670个测点，每台电炉380个点。但是它 的自控方案是比较复杂的，联锁和顺序控制很多，而普通的回路控制几乎没有。联锁程序 主要包括：干燥尾气温度联锁、输送系统

9、联锁、除尘器联锁、大除尘输送联锁、电炉尾气 温度和压力联锁、压放设备联锁、液压系统联锁、液压系统卸荷联锁。顺控程序包括：碳 素和石灰的输送控制、电炉配料和加料控制、电极压放控制、电极上拔控制、大除尘清灰 卸灰控制。另外，电极的升降也是复杂控制。1）干燥尾气温度联锁干燥尾气温度联锁是为了保护给干燥尾气除尘的布袋除尘器的。当尾气温度高时需要开 启混风阀，将冷的空气混入尾气中再进入布袋；而当温度达到高高限报警时，则需要关闭 尾气进除尘器的阀门，将尾气直接放空，以避免烧坏布袋。2）输送系统联锁输送系统联锁程序是在输送过程中，当后面的设备出现故障时联锁前面的设备也停 止，以防止堆料、卡料而损坏设备。联锁

10、的顺序是：炉顶皮带一滚动筛一挡边皮带机一 输送平皮带f碳素称重皮带或石灰振动给料机3) 除尘器联锁除尘器联锁是在卸灰过程中，如果卸灰阀出现故障(阀门开关反馈没到位或者电机不 转)要联锁停止灰仓振荡器并关闭正吹和反吹阀门，同时将该布袋除尘器切除到离线状态 4) 大除尘输送联锁在大除尘布袋除尘器卸灰过程中，如果后面的设备出现故障时联锁前面的设备也停 止，以防止堆料、卡料而造成设备的损坏。联锁的顺序是：大倾角皮带一埋刮扳机C 一埋 刮扳机 A 和 B。5) 电炉尾气温度和压力联锁当干燥尾气的温度超高时，为了保证后面大除尘的布袋除尘器不被烧坏，将采取一系 列的措施。措施包括：立刻开启已投入联锁的、尾气

11、温度最高的电炉的混风阀；待30 秒后， 如果温度仍没有恢复到正常值，则开启已投入联锁的、尾气温度第二高的电炉的混风阀； 待 60 秒过后，如果温度仍没有恢复到正常值，则开启尾气最后一个电炉(已投入联锁的) 的混风阀；待90 秒过后，如果温度仍没有恢复到正常值，则将投入联锁的电炉的放散阀全 部开启。而采取了措施后，温度恢复到正常值时，则将以开启的混风阀和放散阀全部关闭 恢复到联锁之前的正常状态。当干燥尾气的压力超高时，为了保证后面大除尘的布袋除尘器不被冲破，将联锁将已 投入联锁的电炉的放散阀全部开启。6) 压放设备联锁在电炉的电极已送电的情况下，电极下滑脱落到炉底将酿成重大事故，所以必须保证 上

12、磨擦环和下磨擦环是不能同时松开的。因此，当上磨擦环松开时，联锁关闭下磨擦环； 而当下磨擦环松开时，联锁关闭上磨擦环。当在电炉的电极已送电的情况下，是不允许进行上拔操作的。即有变压器合闸反馈信 号时，联锁电极上拔不能启动。当把持器没有半送、下磨擦环没有松的情况下，是不能进行压放的；当把持器没有全 送、下磨擦环没有松的情况下，也是不能上拔的7) 液压系统联锁当液压系统压力低的时候自动启动一台油泵，当压力达到高限设定值时，油泵自动停 止，但是如果油泵启动后在规定的时间内压力没有达到高限设定值，则自动将另一台油泵 启动，然后将先启动的油泵关闭，并发出报警。8) 液压系统卸荷联锁液压系统卸荷是将油泵关闭

13、，将油路上的卸荷阀打开，将油压卸掉。此时，大力缸、 小力缸、把持器的进油路和回油路上的电磁阀必须出于关闭状态，否则，因为没有油压， 电极将会下落，从而造成安全事故。液压系统的卸荷通常是在设备出现故障的时候使用。例如，通过电极升降调节电流时， 连续 6次向同一方向的动作仍无法使电流恢复到正常状态时，说明大力缸或许出现了问题 操作员可能就会对液压系统进行卸荷。9）碳素和石灰的输送控制碳素的输送控制包括各种碳素进行配比加料和输送两部分。电石生产中加的碳素包括 焦炭和白煤（俗称无烟煤），通常是两种以上进行配比。动态配比加料对于比例和配料的均 匀性要求很高，因此可以采取以一种碳素为基准，其他几种碳素根据

14、他进行随动调节。碳素和石灰的输送过程是相似的，输送的设备也基本相同。输送程序控制的难点是实现自动控制，即什么时候启动输送，向哪个料仓加，什么时候停止称重皮带或者振动给料机。启动输送程序的条件是：当一个电炉的料仓出现低低位报警，或者没有低低位报警时某一个电炉出现低位报警的料仓数目达到设定值，就启动输送程序。优先加低低位的料仓 如果没有低低位的料仓，则按照位置顺序依次加。每启动一次输送程序则将所加电炉的所 有料仓全部填满。10）电炉配料和加料控制现场的操作人员根据电炉的各个电极周围物料的消耗情况决定是否启动一次加料过 程。加料之前要先将碳素和石灰按照设定的比例加到各自的计量料斗里，当下料阀和混合

15、给料机（有的电炉电极是有的，有的是没有的）开启后，将两个计量料斗下面的振动给料 机按照一定的频率开启，则开始加料过程。在加料过程中，碳素和石灰也要按照设定的比例进行加入。方法是将石灰的振动给料 机的频率固定，碳素振动给料机的频率根据实时的配比独断的调整大小。11） 电极压放控制电极在电石生产中是要消耗的，因此隔段时间就需要对电极压放一次。压放是一个严 格的顺控程序，动作的顺序和条件判断，以及各动作间的延迟时间都必须严格遵守，否则 将可能出现重大的安全事故。其逻辑框图如下所示：Start置入下放行程L一高度大于LI YES松开上磨擦环NOV上磨擦环抱紧反馈为OL，NO延时3秒T上磨擦环全松反馈为

16、ON松开下磨擦环YES小立缸降NO-Y下磨擦环全松反馈为ON：*NO_|yes到达L位置位置反馈为ONKes小立缸停上磨擦环抱紧 =上磨擦环抱紧反馈为o严卫二小力缸行程低于L NOI YES 松开上磨擦环X上磨擦环全松反馈为o严.NOYES小立缸升到达L位置NO位置反馈为ONYES把持器半松.把持器半松反馈为ONYES 小立缸降行程到达最低I.NO最低点位置反馈为ON小立缸停下磨擦环抱紧I下磨擦环抱紧反馈为O严-NOYES把持器抱紧曲把持器抱紧反馈为ONk，NO一一END12) 电极上拔控制 当电炉停车时就要将电极从炉料中拔起，这是就需要启动上拔程序。正常情况下，电 极的上拔先决条件是电炉已停

17、电。其逻辑框图如下所示：（变压器合闸）=OFFYESYES 电极是否在最低位NO r下磨擦环全松反馈为oL* -YES把持器全松 （把持器全松DO=ON,把持 器半松DO=ON）-I L |松开上磨擦环F把持器全松反馈为ON*1 YESNO小立缸升YES小立缸降NO 到达行程上限YES 把持器抱紧T*把持器抱紧为oN1ENDNOF上磨擦环全松反馈为ON亠F最下端低限或低低限反馈为on皿YES 小立缸停上磨擦环抱紧NO上磨擦环抱紧反馈为ON*-YES下摩擦环全松13） 大除尘清灰卸灰控制 大除尘的布袋除尘器运行一段时间后，布袋的内侧会积很多灰尘，如果不清除的话系统 的压力会增加，除尘的效率回降低

18、。因此每隔一段时间就需要对布袋进行一次清灰，清灰 之后还需要将灰从除尘器里卸掉，输送走。清灰的过程首先是先关闭正吹阀门，然后开启反吹阀门，利用风对布袋的震荡作用将布 袋上的灰清下来。卸灰的过程则是先开启卸灰阀，再开启振荡器，将灰仓里的灰震荡下来， 卸到除尘器下面的埋刮板机上。清灰和卸灰有两种方式，一种是先清灰再卸灰，另一种是清灰和卸灰同时进行。14） 电极的升降 电极升降的控制方式有三种：恒电流、恒功率和恒流压比。正常情况下，电极的电流和 电极插入到炉料的深度成反比。即如果电流升高，则需要将电极升起来一些；而当电流下 降时，则需要将电极下降一些。电极的上升和下降都是对大力缸油路上的电磁阀发脉冲

19、信号来实现的。当电流（或功率 或流压比）超过设定值，并且偏差大于设定偏差范围时，系统发电极上升的短脉冲命令，执行完一次，延迟一定时间再判断。而当电流（或功率或流压比）低于设定值，并且偏差大于设定偏差范围时，系统发电极下降的短脉冲命令，执行完一次，延迟一定时间再判断动作命令和判断是循环进行的。其逻辑框图如下所示：Start选择控制方式（恒电流、恒功率、恒流/压比）YES连续6个周期向同一个方向调整,而电流偏差认为回到设定范围内,则将回路切到手动并报警！电流与设定值偏差W电流设定值（3A）YES_ T投入自动控制NOYES切到手动控制丨END丨大立缸动作使电极下降N=N+1大立缸动作使电极上升N=

20、N+1电电流设定值-电流测量值三1 - 电流设定值（3A）IyesNW6IyesNO4. 电石装置自动控制的特点电石生产装置的自控方面有几个特点,在作总体设计上也需要特别关注。1） 特殊的设备电石生产所用到的执行机构中,液压设备占有很大比重。比如电炉的主要部件电 极的控制系统中,把持器、磨擦环都是由液压系统提供动力。而像电炉的加料阀和放散阀 也都是靠液压来驱动。这一方面是因为电石生产的特点所决定,像电极自身重量为20 几吨 要想将电极把持住、不让其下滑所需要的力是非常大的,同时让电极升降所需要的力也是 惊人的,这种情况只有液压设备能够满足要求。另一方面,电石生产对安全性和设备可靠 性的要求是非

21、常高的。在电石生产中,如果出现电极把持不住下滑到炉底,将导致强烈的 爆炸,严重威胁人的设备的安全。而像加料阀启动的频率是比较高的,电石生产所加的物 料又是颗粒状的、且很不均匀,因此一般的气动或电动的执行机构很难满足要求。所以像 加料阀采用液压控制是比较可靠的。电石生产中重要的设备都是液压系统提供动力,因此液压系统在电石生产中具有非常重要的地位。很多液压设备和气动或者电动执行机构相比,在控制方案以及现场联动调试 方面都有很大区别。比如大力缸是控制电极升降的，电极升降时，需要大力缸油路上相应 的电磁阀得电，使高压的油进入大力缸的内腔或从大力缸的内腔中排出。在正常生产中， 电极的位置是根据电流的大小

22、不断修正的，因此控制电磁阀的命令是采用脉冲命令。而脉 冲命令的长度和间隔则是需要在现场不断调试才能确定的。2) 特殊的操作方式在半密闭炉生产电石的工艺中，由于工艺特点和检测手段的限制，电炉内部的情况操 作是很难通过现场仪表和DCS获取的，这使得某些操作需要有现场操作员确认或提示完成， 不能实现 DCS 的全流程监控，这是这种工艺的主要特点之一。譬如，加料是从每个电极上 面的几个加料管中加入，在生产电石的过程中，电极附件的物料消耗量不进相同，所以每 次加料过程必须由现场的操作员确认开哪个下料阀、从哪个下料管下料才能保证料面是均 匀的。因此，在DCS实现自动控制的时候，需要充分考虑到这一特点，使现

23、场确认和自动 控制紧密结合，在保证生产装置和人身安全的前提下，尽量减少操作员的操作，使生产操 作更加合理和高效。但是在密闭电石装置上，操作可以实现全自动操作。因为炉料、炉压、料位等参数都 可以通过一些检测手段进入DCS控制系统。因此，DCS操作人员完全可以借助这些手段， 并通过电炉电流、功率以及流压比的情况及时调整加料、出料时间或者炉料的配比。因此 自动化程度大大提高。但是密闭电炉这种工艺对自控的要求也是非常高的。因为炉况完全由仪表或电器设备 传递给DCS进行控制，一旦出设备故障或控制的偏差譬如管道漏水、压力偏差大，都可能 带来严重的事故。3) 特殊的工艺流程 电石生产工艺与一般的化工流程工艺

24、比如我们所熟悉的离子膜烧碱、 PVC 等在监控和操作上是有较大的不同的。像离子膜烧碱或者PVC我们可以认为，它由一些主装置所代表 的相应工段组成，每个工段都有一些重要参数要操作元密切监控或操作。在电石生产中， 尽管也可以分为电炉工段、尾气处理工段、除尘工段等，但是正常情况下需要操作员密切 监控和经常操作的只有电炉工段。其他工段只要巡检和间歇地操作就可以了，而且监控的 测点很少、操作也非常简单。因此，在流程图画面的设计上，不需要将整个工艺流程全部 展现出来，需要将跟电炉操作相关的画面尽量的集中在一起，其他画面数量要少，在能够 简单的体现流程基础上尽可能多地显示跟操作相关的信息。4) 特殊的控制方

25、案在不同的地区对于电石炉的控制方式也存在差别。电石生产中主要是靠电极将强大的 电流导入电极端头，在炉内进行电弧电阻放热而把电能转变成热能。在电石生产中，电石 厂需要将电网送过来的高压电经过变压器转换成高电流、低电压的电。而经过变压器转换 的二次电流、电压对生产的影响是非常大的。在北方地区，如内蒙古、甘肃发电主要是靠 火电，因为煤的供应可以保持稳定性，所以供电也会比较稳定。因此，众多电石厂采用很 电流的办法进行控制电极升降。然而，在南方的四川和云南，发电是靠水电，而水电的特 点是季节性比较大，夏季雨水多电力足，而冬季水量小电力的负荷就相应的小一些。因此 供电的稳定性不好。这使得，仅通过电流进行调解电机升降时，会因为电压不稳而导致生 产情况不佳。所以在南方依靠水电供电的电石厂在控制方案上也在寻求更好的办法，就是 同时电流和电压的因素，通过恒功率或者恒流压比来控制电极的升降。