摘  要 ：本文簡(jiǎn)要敘述了壓力變送器在加壓浸出釜上使用時(shí)常見(jiàn)的問(wèn)題、合理的選型以及一些優(yōu)化控制方案。

 

目前國際上加壓酸浸技術(shù)以其浸出效率高，成本低，節能環(huán)保和原料適應性強的特點(diǎn)，已成為新的鎳鈷濕法冶金關(guān)鍵技術(shù)之一。鎳礦漿由加熱器加熱后送至加壓浸出釜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)加壓釜），并同時(shí)通入氧氣、蒸汽和水，在高溫、高壓、腐蝕、易結晶、有泡沫和金屬固體顆粒的密閉容器里進(jìn)行攪拌，充分反應后料液由壓力變送器排出。

 

加壓釜是高溫高壓密閉容器，壓力變送器在上述復雜工況下工作過(guò)程中，由于加壓釜本身的高溫高壓，壓力變送器前后壓差接近0.7MPa,以及料液特殊的粘性和強腐蝕性，極易導致閥門(mén)產(chǎn)生汽蝕、結晶、卡死、磨損等故障，因此壓力變送器的生命周期很短，一臺普通球閥的平均壽命20天左右，#短的只有5天。為解決此類(lèi)問(wèn)題，不僅僅從閥門(mén)結構選型本身著(zhù)手，還應該結合控制方式。以下是對加壓釜壓力變送器在自動(dòng)優(yōu)化控制方面的一些思路[1] 。

 

1 壓力變送器的選型

加壓釜排料介質(zhì)為稀硫酸鎳礦漿（硫化銅、硫化鎳、赤鐵礦、二氧化硅等），含氧量較高，且由于浸出壓力，溫度，物料成分的變化，普通白鋼材質(zhì)壓力變送器閥座易破損、填料函處結晶物多、閥門(mén)易卡死、閥體和閥球穿孔等問(wèn)題，避免因為物料成分的變化和溫度、壓力等因素造閥門(mén)頻繁卡死、磨損等情況。

鈦材以其機械強度大、易加工、塑性好、有良好的抗腐蝕性能而著(zhù)稱(chēng)，廣泛應用于濕法冶煉工況中。根據多年的維護經(jīng)驗和實(shí)驗，壓力變送器類(lèi)型宜選用鈦材球閥,傳動(dòng)類(lèi)型為氣動(dòng)，氣源選用氮氣，閥門(mén)內套利用陶瓷以防止沖刷和氣蝕，延長(cháng)閥門(mén)使用壽命，能達到良好的應用和控制效果 ；同時(shí)由于釜內壓力較大，在閥門(mén)的上游側加裝節流元件，以減少對設備和管道的沖刷 ；一般情況下如果需要對鈦球閥作為調節閥，可以在閥門(mén)上加裝定位器，這樣即可以調節被控參數。

 

2 壓力變送器的傳統控制方式

如圖1所示：壓力變送器置于加壓釜后端，在加壓釜連續生產(chǎn)時(shí)，主要對加壓釜的液位進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)控制，一般分為PID調節控制和兩位控制。在實(shí)際運作過(guò)程中，緊靠簡(jiǎn)單PID調節方式不僅調節不穩定，還容易引起汽蝕、卡塞、偏心等問(wèn)題。在DCS系統中，一般情況下PID調節功能塊的計算周期為1s,相當于閥門(mén)的閥位每1s就要變化一次，因為PID調節相對來(lái)說(shuō)比較精密，這就會(huì )使閥門(mén)不停地在小開(kāi)度下動(dòng)作，由于物料成份復雜，閥門(mén)就會(huì )不停地處在磨損狀態(tài)，嚴重磨損會(huì )導致腔體表面有凹槽，不光滑，繼而引起閥門(mén)內部結晶、閥卡等一系列問(wèn)題。

所謂的兩位控制，是指將壓力變送器與釜內液位進(jìn)行聯(lián)鎖，到達高限時(shí)使壓力變送器全開(kāi)（開(kāi)關(guān)閥）或者開(kāi)度為100%（調節閥），液位至低限時(shí)使壓力變送器全關(guān)（開(kāi)關(guān)閥）或者開(kāi)度為0%（調節閥），這樣可以解決閥門(mén)在小開(kāi)度下產(chǎn)生磨損的情況，但是控制不夠精que，對工藝指標提升不利，并且由于壓力變送器前后壓差很大，閥球在很短的時(shí)間內開(kāi)關(guān)，會(huì )因為遭受很大的沖擊而受損，嚴重影響閥門(mén)的使用壽命。

由于工藝原因，一般情況下加壓釜一個(gè)月左右需要檢修一次，為時(shí)4-8小時(shí)，檢修意味著(zhù)需要停釜降溫降壓，加壓釜的正常工作溫度約160攝氏度，正常生產(chǎn)的釜內壓力約0.8兆帕，加壓釜內溫度、壓力降至常壓時(shí)，一旦壓力變送器內部有介質(zhì)殘留，造成閥門(mén)腔體內部介質(zhì)嚴重結晶，造成閥門(mén)卡死，無(wú)法正常開(kāi)車(chē)，影響工藝生產(chǎn)計劃。

3 壓力變送器的優(yōu)化控制方案

針對目前存在的問(wèn)題，提出了以下解決方案 ：

（1）壓力變送器閥位的區間分段控制。假如按照工藝要求的加壓釜液位的上限為2.5m，下限為1.7m,將1.7m-2.5m這一范圍平均劃分為 6 個(gè)區間，即 L1 區 ：小于 1.7m,L2 區 ：1.7m-1.9m,L3區 :1.9m-2.1m,L4 區 ：1.9m-2.3m 區 ,L5 區 ：2.3m-2.5m,L6 區 ：大于2.5m,同時(shí)將閥門(mén)開(kāi)度從0%-100%之間分別取為6個(gè)閥位，V1 ：0%，V2 ：20%，V3 ：40%，V4 ：60%，V5 ：80%，V6 ：100%，閥位與液位的邏輯關(guān)系如下 ：

隨著(zhù)加壓釜液位的變化，閥位會(huì )不斷變化，但是為了避免液位在臨界點(diǎn)上下浮動(dòng)，導致閥位頻繁切換，在DCS程序中可以設置，根據工藝的變化，閥位的保持既定的時(shí)間周期，這樣既可以解決因為閥位小開(kāi)度變化引起的閥門(mén)磨損，也能解決由于兩位控制造成的液位不夠精que的問(wèn)題，關(guān)于控制區間的的分布，以及時(shí)間周期的設定，是可自定義的，不是一成不變的。

在這個(gè)控制方案中，#重要的是尋求閥門(mén)#有效的時(shí)間控制周期，#終實(shí)現閥門(mén)的時(shí)間周期與液位穩定控制的#佳平衡點(diǎn)，并能在保證閥門(mén)穩定工作和#佳壽命周期的前提下，實(shí)現液位#精準的控制，#大程度的提升加壓浸出工藝指標自控水平。

（2）針對壓力變送器的PID控制模式。前面已經(jīng)敘述，由于PID精準控制會(huì )因為壓力變送器定位器位置每1秒都會(huì )因為加壓釜內液位的變化發(fā)生改變，這就會(huì )使得閥門(mén)每秒動(dòng)作一次，頻繁的小開(kāi)度對于物料成分復雜的加壓釜這種特種設備來(lái)說(shuō)很不適應，壓力變送器的壽命極短，因此個(gè)人認為可以延長(cháng)PID功能塊的運算周期，以#適宜的PID運算周期指導壓力變送器動(dòng)作 ；但是有些DCS系統的PID運算周期無(wú)法改變，就可以通過(guò)在PID運算功能塊的觸發(fā)端加時(shí)間繼電器，利用既定的時(shí)長(cháng)內定時(shí)觸發(fā)PID動(dòng)作，這樣即可避免PID運算周期短引起的閥門(mén)磨損的情況。根據以往的維護經(jīng)驗和實(shí)驗數據，這一運算周期以5-10min為宜。

（3）串級控制系統。以上兩種控制方式所達到的預期的控制效果是一致的。當然這種控制方式的實(shí)施還要根據加壓釜進(jìn)料量的大小綜合進(jìn)行考量，如果工藝條件允許的話(huà)，可以與加壓釜進(jìn)料口進(jìn)料量、加壓釜液位、壓力變送器形成串級回路控制，如圖2所示，并結合工藝指標以及工藝要求，達到生產(chǎn)效率#佳。

圖1中主調節器的設定值為工藝所需要穩定的液位值，因此主回路為定制控制系統 ；而由副調節器、壓力變送器、進(jìn)料量、流量變送器構成的副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統，因為副調節器的設定值由主調節器的輸出提供，它雖主調節器的輸出的變化而變化，并根據副變量的測量值與給定值的偏差工作。由加壓釜進(jìn)料量作為副變量參與控制，以盡量避免對主變量加壓釜液位的擾動(dòng)，從而通過(guò)串級回路控制，穩定加壓釜料量、液位，提升加壓釜的控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。

 

4 檢修模式下的壓力變送器蒸汽吹掃控制

由于檢修時(shí)加壓釜降溫降壓，溫度突然降低會(huì )引起閥門(mén)結晶卡死，極易導致加壓釜無(wú)法如期開(kāi)車(chē)。在排料管道上壓力變送器進(jìn)料前端引入蒸汽分管道和蒸汽吹掃閥，在降溫卸料后，及時(shí)關(guān)閉壓力變送器前端截止閥并同時(shí)打開(kāi)蒸汽吹掃閥，在檢修期間定時(shí)打開(kāi)蒸汽吹掃閥門(mén)，保證閥門(mén)腔體內干凈，不殘留物料結晶物，防止閥門(mén)卡死。關(guān)于吹掃閥門(mén)的時(shí)間以及實(shí)現方式，可以利用DCS系統定時(shí)器進(jìn)行自動(dòng)控制，根據需求進(jìn)行吹掃 ；關(guān)于蒸汽壓力以及蒸汽管道大小的設置，需要結合工藝，在不影響生產(chǎn)的前提下選擇合適的蒸汽汽源和管線(xiàn) ；在正常生產(chǎn)時(shí)，蒸汽吹掃閥關(guān)閉，此時(shí)需要做好防護，以延長(cháng)蒸汽吹掃閥的使用壽命。

 

5 結語(yǔ)

由于加壓釜屬于壓力容器，也屬于特種作業(yè)設備，因此在一般情況下，工藝控制方案的實(shí)施需要經(jīng)過(guò)多次的推敲和論證，要想真正的付諸于實(shí)現，需要和工藝生產(chǎn)方經(jīng)過(guò)多次的溝通和協(xié)調，并且充分考慮到改造可能會(huì )引起的各項工藝指標的變化，甚至可能會(huì )產(chǎn)生的各種安全隱患。以上方案是從理論角度探討，可能會(huì )忽略很多實(shí)際的因素，所以方案是否可行，還需要論證。