一种制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统的制作方法

本实用新型涉及制浆氧脱木素反应塔的技术领域，具体是一种制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统。

背景技术：

在20世纪80年代便开始采用以CEDED为代表的ECF漂白方法。在ECF和TCF漂白中，过氧化氢漂白和氧碱漂白（普通成为氧脱木素）又是最为流行和应用广泛的两种。氧脱木素体系是一个复杂的多相反应体系，是一个有多种物质参与的木素降解溶出过程。在氧脱木素过程中，具有两个未成对电子的分子氧首先通过电子转移和岐化反应生产氧自由基。然后氧自由基共同与木素大分子发生作用，使木素大分子产生降解。

因我国传统的低浓用氯漂白方法废水量大、污染严重，正逐渐被中高浓纸浆少（无）污染漂白方法所取代。因此，氧脱木素漂白技术成为我国纸浆漂白的主要发展方向，在我国大中型纸浆漂白项目中应用。我国正处于含氯漂白向ECF和TCF更新换代的过渡时期，许多企业都在投入大量的人力、物力、财力来寻找一条更合适自己企业发展的漂白技术。氧脱木素由于其低廉的成本和对环境的零污染便成了不少企业的首选。氧脱木素反应塔是氧脱木素技术中必不可少的；氧脱木素反应塔是氧气同纸浆反应的主要设备，带压运行才能保证纸浆的漂白效果及纸浆的性能特性，故氧脱木素反应塔是一种压力容器。由于氧脱木素反应塔反应过程的复杂性，必须采用安全认证的自动化检测仪表对进料的温度和容器的压力监控，利用安全系统（SRS）对生产过程参数进行连续的动态监控及过程连锁和安全保护措施，减少误操作带来的破坏，降低事故率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型的制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统，采用安全认证的自动化检测仪表对进料的温度和容器的压力监控，利用安全系统对生产过程参数进行连续的动态监控及过程连锁和安全保护措施，减少制浆过程因误操作带来的破坏，降低事故率，也实现了提高经济效益的目标。

本实用新型的技术解决方案是：

一种制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统，包括氧段中浓泵立管、一号氧脱反应塔和二号氧脱反应塔，所述的氧段中浓泵立管通过安装有氧气加入装置和输送泵的输送管与一号氧脱反应塔的底部连接，一号氧脱反应塔顶部的一号卸料器通过安装有蒸汽加热装置和氧混合器的连通管与二号氧脱反应塔底部的喂料器连接；二号氧脱反应塔的顶部安装有二号卸料器；所述的氧气加入装置连通有一号供氧气管，一号供氧气管上安装有氧气阀、一号氧气阀和一号气体流量计；一号氧脱反应塔上部安装有一号压力变送器和二号压力变送器；二号氧脱反应塔上部安装有三号压力变送器和四号压力变送器，一号氧脱反应塔和二号氧脱反应塔的上部分别通过安装有供黑液泵的供黑液管连接，与一号氧脱反应塔的供黑液管上安装有一号黑液阀，与二号氧脱反应塔的供黑液管上安装有二号黑液阀。

所述的一号卸料器连接有能提供冷却水的水冷入水管和排出冷却水的水冷出水管。

所述的蒸汽加热装置上设置有多根并列的蒸汽分布管，多根并列的蒸汽分布管上都安装有蒸汽阀，蒸汽分布管连通有供蒸汽管，供蒸汽管上安装有蒸汽流量计和总蒸汽阀。

总蒸汽阀与蒸汽分布管之间的供蒸汽管连通有二号供氧气管，二号供氧气管上安装有二号氧气阀和二号气体流量计。

喂料器与氧混合器之间的连通管上安装有一号温度计。

氧混合器与蒸汽加热装置之间的连通管上安装有二号温度计。

一号卸料器与蒸汽加热装置之间的连通管连通有氧化白液管，氧化白液管上安装有液体流量计、一号氧化白液阀和二号氧化白液阀。

氧气加入装置和输送泵之间的输送管还连通有混合管，混合管上安装有氧化白液加压泵，氧化白液加压泵的入口连通有供氢氧化钠管和供氧化白液管。

操作室的操作控制器通过DCS控制系统与现场设备连接。

当各监测变量处于正常状态时，不超限，则通过集散控制系统（DCS）来实现，用于监测和控制过程变量，操作员可以修改过程变量参数和调整控制设置。

当各监测变量出现扰动，可通过DCS启动连锁控制，为了避免过程变量超过正常操作范围。

当各监测变量出现扰动而DCS无法启动连锁控制恢复正常状态时，启动安全系统。这些安全连锁独立与DCS工作，操作员和DCS控制器不能绕过安全连锁系统进行DCS操作。任何变送器故障也会激活安全连锁系统和在DCS报警。激活的安全连锁系统会把阀门控制到安全位置上，并停止相关的电机。

本实用新型已在制浆氧脱木素生产线进行试验，并获得了成功应用。实际应用中，可与制浆车间的其他压力容器的控制组成一个更全面的安全系统。

本实用新型的制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统的优点为：

1、采用SRS对现场仪表的检测信息进行处理，具有系统构成简单灵活、操作管理便捷、信息资源共享等优点。

2、SRS与DCS并存，而SRS优先级高于DCS，即能保证DCS的正常运行，又能保证压力容器的安全，采用安全认证的自动化检测仪表对进料的温度和容器的压力监控，利用安全系统对生产过程参数进行连续的动态监控及过程连锁和安全保护措施，减少误操作带来的破坏，降低事故率，也实现了提高经济效益的目标。

3、SRS有完善的操作指导和事故分析手段，能实现超前预测，对故障的发生注重于预防，当运行工况出现异常时，及时提供相关参数、趋势、图表等，有助于设备的日常管理和事故分析。

4、减少了人为因素的影响，降低了操作工操作的复杂性，有效的提高其劳动效率。

附图说明

图1是本实用新型的制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统的实施系统图；

图2是现场设备与DCS、安全系统接线示意图；

图中的序号的名称为：

1、氧段中浓泵立管，2、氧化白液加压泵，3、供氢氧化钠管，4、供氧化白液管，5、一号供氧气管，6、水冷入水管，7、水冷出水管，8、一号压力变送器，9、一号黑液阀，10、供黑液管，11、一号卸料器，12、一号氧脱反应塔，13、二号压力变送器，14、氧化白液管，15、液体流量计，16、二号供氧气管，17、蒸汽流量计，18、总蒸汽阀，19、三号压力变送器，20、二号黑液阀，21、二号卸料器，22、四号压力变送器，23、二号氧脱反应塔，24、供黑液泵，25、喂料器，26、一号温度计，27、氧混合器，28、二号温度计，29、蒸汽加热装置，30、蒸汽阀，31、蒸汽分布管，32、供蒸汽管，33、二号氧气阀，34、二号气体流量计，35、二号氧化白液阀，36、一号氧化白液阀，37、连通管，38、氧气阀，39、氧气加入装置，40、输送管，41、输送泵，42、混合管，43、一号氧气阀，44、一号气体流量计。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型的实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图所示：

本实用新型的制浆氧脱木素反应塔的安全保护系统，包括氧段中浓泵立管1、一号氧脱反应塔12和二号氧脱反应塔23，所述的氧段中浓泵立管1通过安装有氧气加入装置39和输送泵41的输送管40与一号氧脱反应塔12的底部连接，一号氧脱反应塔12顶部的一号卸料器11通过安装有蒸汽加热装置29和氧混合器27的连通管37与二号氧脱反应塔23底部的喂料器25连接；二号氧脱反应塔23的顶部安装有二号卸料器21；所述的氧气加入装置39连通有一号供氧气管5，一号供氧气管5上安装有氧气阀38、一号氧气阀43和一号气体流量计44；一号氧脱反应塔12上部安装有一号压力变送器8和二号压力变送器13；二号氧脱反应塔23上部安装有三号压力变送器19和四号压力变送器22，一号氧脱反应塔12和二号氧脱反应塔23的上部分别通过安装有供黑液泵24的供黑液管10连接，与一号氧脱反应塔12的供黑液管10上安装有一号黑液阀9，与二号氧脱反应塔23的供黑液管10上安装有二号黑液阀20。

所述的一号卸料器11连接有能提供冷却水的水冷入水管6和排出冷却水的水冷出水管7。

所述的蒸汽加热装置29上设置有多根并列的蒸汽分布管31，多根并列的蒸汽分布管31上都安装有蒸汽阀30，蒸汽分布管31连通有供蒸汽管32，供蒸汽管32上安装有蒸汽流量计17和总蒸汽阀18。

总蒸汽阀18与蒸汽分布管31之间的供蒸汽管32连通有二号供氧气管16，二号供氧气管16上安装有二号氧气阀33和二号气体流量计34。

喂料器25与氧混合器27之间的连通管37上安装有一号温度计26。

氧混合器27与蒸汽加热装置29之间的连通管37上安装有二号温度计28。

一号卸料器11与蒸汽加热装置29之间的连通管37连通有氧化白液管14，氧化白液管14上安装有液体流量计15、一号氧化白液阀36和二号氧化白液阀35。

氧气加入装置39和输送泵41之间的输送管40还连通有混合管42，混合管42上安装有氧化白液加压泵2，氧化白液加压泵2的入口连通有供氢氧化钠管3和供氧化白液管4。

为了使系统控制更稳定，降低故障发生的概率，采用双压力变送器冗余的方式监控一号氧脱反应塔12的压力，图中的一号压力变送器8和二号压力变送器13。当两个压力中任意一个超过10.5bar时，直接进入第三层次的控制。此时进入一号氧脱反应塔12的管线上的阀门和泵需要关掉，而且不能受其他控制和条件的影响。而一号氧脱反应塔12超压了，也会影响二号氧脱反应塔23，同样进入二号氧脱反应塔23管线上的阀门也需要关掉。当一号压力变送器8和二号压力变送器13超过10.5bar时，以下阀门和电机需要关掉或停止：

a、输送泵41；

b、氧化白液加压泵2；

c、进一号氧脱反应塔12的氧气阀38和一号氧气阀43；

d、进出一号卸料器11的水冷入水管6和水冷出水管7上的阀门；

e、进一号氧脱反应塔12的一号黑液阀9；

f、进二号氧脱反应塔23的二号氧化白液阀35和一号氧化白液阀36；

g、进二号氧脱反应塔23的二号氧气阀33；

h、进二号氧脱反应塔23中的总蒸汽阀18和蒸汽分布管31上的蒸汽阀30；

i、供黑液泵24。

对于二号氧脱反应塔23来说，当三号压力变送器19或者四号压力变送器22检测值超过5.5bar时，需要立即关掉的与一号氧脱反应塔12的基本相同，只有一点不同，不需关掉进一号氧脱反应塔12的一号黑液阀9，而需关掉进二号氧脱反应塔23的二号黑液阀20。

当进二号氧脱反应塔23的二号温度计28的温度超过180°C时，以下阀门和电机需要关掉或停止：

a、进二号氧脱反应塔23的二号氧化白液阀35和一号氧化白液阀36；

b、进二号氧脱反应塔23中的总蒸汽阀18和蒸汽分布管31上的蒸汽阀30；

c、氧化白液加压泵2。

当进二号氧脱反应塔23的一号温度计26的温度超过115°C时，同样需进行上述三点所述的动作。

通过关闭进料阀和停止进料泵，切断了温度和压力升高的来源，这样就可以避免压力容器的压力和温度继续升高，更避免了爆炸的危险和有毒气体对环境的威胁。

现场仪表部分需注意以下五点：

1、压力和温度监控点带Z，表明模拟量AI是直接进安全系统，通过信号隔离器处理后，再把模拟量AI送进DCS中。

2、开关阀的控制，开关阀的状态信号是直接进DCS系统的，安全控制系统未动作时，阀门的控制信号是由DCS来完成，一旦检测到压力容器的压力或者温度超过安全设定值，由安全系统控制电磁阀，使电磁阀失电，强行关闭开关阀。

3、调节阀的控制，在现场增加一个电磁阀，电磁阀放在定位器与气缸之间，当检测到压力容器的压力或者温度超过安全设定值时，由安全系统直接输出DO信号控制电磁阀，实现电磁阀的失电，让电磁阀切断气源，定位器无法控制气缸，调节阀快速关闭，这样控制电磁阀的方式称为电控方式。

4、所有的仪表和阀门，包括压力变送器，温度变送器，开关阀，调节阀都需要符合安全认证，在白俄制浆项目上选用的是德国TUV认证机构按照IEC61508规范认证的安全等级为SIL1的现场设备。

5、开关阀和调节阀都需要选择单作用阀，而根据工况要求，选择气开式或气闭式。选择依据是：阀门所在管线的介质是进入到压力容器的，则选择气开式，阀门所在管线上的介质是送出压力容器的，则选择气闭式。

系统部分需注意以下两点：

1、安全系统的组成件，需采用冗余技术，包括CPU，电源，通讯，IO卡都需冗余，当工作的系统出现故障时，冗余的系统立即切换到工作状态，使系统仍能正常工作。

2、选用符合IEC 61508标准的系统硬件，形成了安全相关系统（SRS）。

应用实例：

湖南某浆厂的制浆车间采用了安全系统，生产规模为40万吨漂白硫酸盐浆，与传统的继电器实现安全控制相比，该系统彰显了明显的优越性：

1、系统组成简单，结构清晰，元器件少，接线少；

2、系统元器件故障率远远低于传统继电器方式；

3、系统可扩展性强；

4、系统开放性强，利于掌握技术；

5、系统具有历史记录，有助于设备的日常管理和事故分析。

综上所述，该实用新型系统设计技术先进，操作简单方便，可靠性高，抗干扰力强，可扩展性强，具有较强的可实施性，更符合国家的以人为本的战略方针。

上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。