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1、浅议加压浸出釜液位的过程控制2007年第1期金川科技浅议加压浸出釜液位的过程控制张艳金川集团自动化研究所【摘要】简要说明了加压酸浸工艺中,加压浸出釜过程控制的关键液位控制的实现方法,存在的问题以及解决的方【关键词】过程控制冗余阀门前后压差O前言加压酸浸工艺是二十世纪发展起来的一项先进技术,是一种基本上无污染的清洁工艺,它以其浸出率高,能耗低,无污染等优点,在国内外有色冶金行业得到了越来越多的运用.在金川集团公司镍精炼流程改造和十一五发展规划中,把加压酸浸工艺作为镍精炼工艺重点开发改造技术,使其应用于生产,并成为集团公司的核心技术.目前,集团公司的3500t/a加压浸出项目,1.3万t粗粒合金浸
2、出项目,3万t加压及萃取项目都采用该工艺.加压酸浸工艺的核心设备是加压浸出釜,简称加压釜.由于加压釜的工作条件有许多不利于过程仪表的检测和控制,如高温,高压,强腐蚀,有泡沫,带搅拌,耐磨损等,所以加压釜的过程控制始终没有得到比较理想的解决.下面是对加压釜过程控制的一点经验和设想.1加压釜的工作过程和工作条件加压釜是一个密闭的反应容器,如图1所示,每台加压釜有四个或五个格室,每个隔室之间用隔板隔开.进料口在一格室的上部,排料口在五格室的中部和下部各有一个,一般情况下使用上排料口.经过常压和预浸工艺处理后的矿浆由加压泵加压,经加压釜一格室上部的进料口打人加压釜内,保持釜内的温度和压力,并通人纯氧,
3、使矿浆在釜内充分反应,并由一格室依次自流人五格室,再经排料口排出釜外,保证矿浆在釜内的反应时间为5.5小时左右.所以五格室的液位是加压釜至关重要的工艺参数,如何检测液位,如何控制液位,如何控制排料量,如何延长排料阀的寿命,都是值得深入研究和探讨的.加压釜的工作条件如下.温度:160;压力:0.8MPa;酸度:l一2pH;密度:1.4g/cm;液固比:l5:1;浸出时间:5.5h;固态物质粒度:小于320目;主要成份:硫化铜,硫化镍,赤铁矿,二氧化硅等.2加压釜液位的检测由于加压釜的液位测量是加压釜至关重要的工艺参数,所以在液位测量上采用冗余配置,以保证液位数据的可靠性,二台液位计均装在五格室.
4、根据加压釜的工作特点,在选型方面按如下思路进行考虑.2.1选用一台导波雷达液位计导波雷达液位计是利用超高频电磁波,经导波管向被测容器的液面发射,仪表检测出电磁波碰到液面后又返回发射器的时间,从而计算出液面上部空间的高度,经计算得出实际液位.导波雷达液位计的特点是:不受液位表面泡沫的影响,不受介质密度的影响;缺点是加压釜内的强力搅拌会影响测量精度.为了增加仪表的防腐性能,导波管材质选用钛材.2.2选用一台扭力矩式内浮简液位计浮筒液位计是依据阿基米德原理制成的,它是根据浮筒所受的浮力,间接测出液面的实际位置.为了消除搅拌对浮筒测量的影响,在浮筒外面加装一个防护静井;考虑仪表的防腐性能,浮筒和防护静
5、井材质均为钛材.这种测量方法的优点是可消除搅金川科技2007年第1期拌和泡沫对测量的影响.缺点是要受介质密度变化的影响;浮筒不可能做得很长,需要依据实际情况做一修正.上述二种测量液位的方法都可以适应高温,高压的环境,两种方法取长补短,通过操作工和控制系统识别,最终得到可靠的液位值.3加压釜的排料控制加压釜的液位至关重要,如何来控制呢?只能通过控制进料量和排料量来控制液位.进料量决定于加压釜的处理能力,正常生产情况下应该是一个定值,所以只能控制排料量,如图1所示,加压釜设置二台排料阀.二台液位计测出的液位信号经控制系统比较,确定一个真实液位值参与控制,控制系统选定排料阀后将经PID运算后的输出值
6、加到调节阀上,控制排出量的大小.液位的控制指标必须在最后一个隔板之下,在上排料口之上,精度要求不是很高,但可靠性要求很高.为什么要用二个排料阀呢?有以下几个原因:(1)加压釜工作压力为0.8MPa,排至闪蒸槽的压力近似为常压,阀前后压差为0.7MPa,使得调节阀流过的介质流速太快,对阀体和阀芯的磨损比较严重.(2)介质里含固态颗粒,加速了对阀芯和阀体的磨损,一台质量较好的进口阀门的使用寿命仅为23个月.(3)该生产过程是一个连续的生产过程,不允许间断,为了使检修过程不影响生产.根据现场的特点,确定对排料阀的选用原则:选用阀芯和阀体材质较硬的调节阀;选用流量特性为等百分比的调节性能较好的调节阀.
7、最终选用了一台美国苏莫斯(XOMOX)公司生产的527旋塞阀,阀芯和阀体材质均为20合金;选用了一台艾默生FISHER公司生产的V500偏心旋转阀,阀芯材质为6钴基合金,阀体材质为钛.4改善排料阀的工作条件,延长排料阀的使用寿命.一台加压釜正常生产一年,大约需要更换46台排料阀,每台排料阀大约需要56万元,一台加压釜一年仅排料阀一项的维护费用大约为2530万元左右,而且维修量非常大.通过对生产工艺的研究,确定造成排料阀损坏的主要原因是阀门前后的压差太大,使得液体流速太快,加以液体中的固态颗粒,造成调节阀阀体被磨损而泄漏,阀芯被磨损后调节性能减弱.针对上述原因,考虑采用下面几个办法对调节阀的使用
8、环境予以改进.4.1安装节流件l孑1.板在排料阀下游侧安装一个节流件一孔板,使阀门前后的压差分一部分在孔板上,孔板的口径要经过计算.这种方法简便易行,已经在现场得到应用,但效果不是很理想,阀门寿命由原来的23个月延长至4个月左右,延长仅1个多月,而且还要定期更换节流孔板.4.2安装扩径管在排料阀下游侧管道进行扩径,如图1所示.图1加装变径管及其装置图2加装缓冲槽及其装置然后再缩回原来的口径,安装一台压力调节阀PV01,在扩径管上取一个压力测点PT01,由控制系统经PID运算输出控制信号,控制调节阀PV01,使扩径管上的压力为0.4MPa.这样排料阀前后的压差仅为现在的一半0.4MPa,压力调节
9、阀前后的压2007年第1期金川科技27差也只有0.4MPa.由于液体中的固态颗粒要沉积,扩径管不易太长.此方法由于工艺和生产的原因还未得到应用,估计能对问题的解决有一定的作用.4.3安装缓冲槽在排料阀下游侧安装一台缓冲槽,如图2所示.液体由缓冲槽上部流入,由缓冲槽下部流出,缓冲槽加装搅拌装置,并安装一压力测点PT02,在出液管上安装一台压力调节阀.由控制系统经PID运算输出控制信号,控制调节阀PV02,使缓冲槽内的压力为0.4MPa.这样排料阀前后的压差就仅为0.4MPa.压力调节阀前后的压差也只有0.4MPa.此方法如果能投入使用,应该能彻底解决问题.5结语总之,加压釜液位的过程控制如能理想
10、解决,经济效益非常可观.到2006年金川公司仅精炼厂就有大小加压釜8台,每台加压釜仅液位和排料的维护费用为30万余万,全年费用为250多万元.上述的一些方法虽然有其可行性,但还需要得到工艺和设备的支持,才能够得以实现.参考文献1石油化工自动控错设计手册【M】第三版.北京:化学工业出版社.2O00;l;iji;t;t;i;tjjt;ttj;l;ttt;l;il;itttjt;l;ititi;i;tt;iitij;t;it;iii;i;ttiiij;ii俄罗斯有色冶金业前景诱人俄罗斯冶金企业产量大幅增长.有色冶金工业是俄罗斯最重要的工业部门之一,目前冶金业约占俄罗斯国内生产总值的5%,占工业产值的
11、18.3%,其中有色冶金业占俄罗斯国内生产总值的2.8%,占工业产值的10.2%.俄罗斯许多有色冶金企业的竞争力居国际领先位置,如:诺里尔斯克镍业公司镍产量居世界第一位,俄罗斯铝业公司矾土和铝产量居世界第一位,阿维斯马钛镁联合企业钛产量居世界第一位.分析家们通过分析俄罗斯企业的现状,前景,投资规模后指出,20062011年俄罗斯有色冶金的主要特点如下:第一,有色冶金业集约化程度更高,6家控股公司的产品产量将占90%.第二,由于俄罗斯有色冶金需求较低,企业将更注重出口,有色冶金进出口产品继续保持20032006年的增长趋势.低冶炼产品(未加工的铝,精铜,铜盘条,镍)的出口占有绝对优势,约占出口的
12、75%,价格波动更加依赖国际市场.第三,有色冶金业的吸引外资规模处于俄国内部门的第二位.大型冶金企业的财政状况更加稳定.第四,由于受矿石勘明储量,再生原料出口有限的影响,俄罗斯有色冶金业从企业改造战略向优先发展开采能力和扩大原料基地转移.这主要与金属国际价格上涨,公司收入结构调整(开采和精选的收入在增长)以及整顿完成有关.第五,投资的第一阶段(现代化改造)基本完成,并开始实施第二阶段的投资,在该阶段要完成一系列大型建厂项目(铝厂,锌厂,铜厂)以及开采新矿项目.应当强调,20052006年的发展趋势是新建工厂及其生产能力大规模增加(超过30%).20世纪90年代和20002004年俄罗斯公司主要进行了现代化改造和解决环保问题,所以投资规模都不大.总之,分析家们指出,俄罗斯有色冶金业前景诱人.20072011年产量将大幅上涨:矾土产量将增长30%以上,初炼铝产量将增长25%以上,精铜产量将增长35%以上,锌产量将增长50%以上.由于俄有色冶金企业的国际竞争能力增加,技术和工艺符合国际标准,而且有原料和电力保证,俄罗斯冶金企业的出口能力将接近100%.
