1、氧壓浸出工藝簡介

    氧壓浸出工藝過程分為物料準備、壓力浸出、閃蒸、回收等工序。加壓釜一般采用鋼基體內襯耐酸耐溫磚的結構形式，在鋼基體與磚之間有厚膜做隔離保護川。加壓釜內用隔板隔成4個隔室，每個隔室內配有攪拌器。

    礦漿從非常好隔倉進人后連續溢流至各隔倉內，在高溫高壓條件下，礦漿與酸液、蒸汽、空氣或氧氣等在攪拌作用下，發生一系列連續的化學反應。氧壓浸出技術除了處理鋅精礦之外，國內外也陸續用來提取Ni、Co、Mo、Cu和貴金屬。

    該工藝技術相比其他技術有如下特點:(1)金屬回收率高、有價金屬綜合回收好，非常終資源得到非常大化利用。(2)設備簡單、工藝流程短。(3)屬于環保型清潔生產工藝，符合國家建設資源節約型、環境友好型社會的宗旨，符合節能減排、發展循環經濟的產業政策。

 

2、加壓釜工藝控制現狀

    加壓釜的設計、制造及使用的技術性很強，是要求在工作狀態下工藝、設備、儀表聯鎖集散控制等多學科的綜合交叉集合。

    現有的加壓釜控制一般為常規的過程控制，當加壓釜出現異常工況(超溫、超壓、超液位、泄漏)時，若操作員不能及時發現和處理會對設備和人員產生極大安全隱患。

    氧壓浸出工藝中的加壓釜屬于重大危險源，加壓釜中的物料是高溫腐蝕性液體，一旦泄漏，可能造成重大人員傷亡;加壓釜內的氧氣一旦泄漏后，遇到點火源(明火、火花、靜電等)，可能引起火災爆炸。根據有關資料，當人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后且不可靠的，當操作人員面臨生命危險時，要在60 s內作出反應，錯誤決策的概率高達99.9%0如安全聯鎖和常規過程控制設置在同一控制器下，常規過程控制中出現的控制器或者網絡故障，會影響安全聯鎖程序的執行，導致安全聯鎖程序失效，產生安全隱患。

 

3、項目安全儀表系統

    某鋅冶煉工廠采用艾默生過程控制的安全儀表系統(SIS )，將緊急停車系統里涉及的儀表閥門信號，以及安全聯鎖程序單獨配置在此SIs系統里。安全儀表系統是指包括傳感器、邏輯控制器和非常終執行元件，按照一定的整體性安全度等級(SIL, Safe-ty Integrity Level)能實現一個或多個安全功能的系統，用于監視生產裝置或獨立單元的操作，如果生產過程超出安全操作范圍，可以使其進人安全狀態，確保裝置或獨立單元具有一定的安全度。安全系統不同于批量控制、順序控制及過程控制的工藝聯鎖，當過程變量(溫度、壓力、流量、液位等)超限，機械設備故障，系統本身故障或能源中斷時，安全儀表系統使其進人預定的安全停車狀態，從而保證人員、設備、生產和裝置的安全。

 

3. 1  DeltaV SIS功能及其與工廠Delta-V BPCS集成

    艾默生的安全儀表系統產品為DeltaV SIS，是艾默生推出的TUV認證的新型整體回路概念的智能安全儀表系統，該產品安全等級能達到SIL 3(平均失效概率如表1所示)。同時簡單直觀的特點無需太多復雜步驟的組態，減少了組態過程中容易出現的錯誤，也有利于在現場的檢查和調試工作。

    該鋅冶煉工廣除去SIS系統以外的儀表均采用FF總線形式，SIS系統以外的常規過程控制選用的DeltaV BPCS。由于SIS安全性的要求，在該SIS系統內的儀表選用4一20 mA十HART的形式。結合AMS的應用，DeltaV SIS邏輯控制器可以將HART信號數據送給AMS，給出更為清楚和詳細的關于故障的描述，從而非常優化操作和維護。通過和現場智能儀表的配合，用戶可以進行預側性維護，這樣就增加了裝置過程的可用性，大大減少了因設備故障而發生的停車時間。

    DeltaV SIS與DeltaV BPCS，集成但又完全獨立。DeltaV提供了簡單易用的組態工具既用于控制也用于安全，避免了兩方都需要獨立組態，然后還要進行數據通訊的復雜步驟。通過簡單易用的組態工具，工程師瀏覽引用到所需要的位號和參數，就和在DeltaV里所做的一樣，不再需要進行SIS和BPCS之間位號映射工作，也不需要進行任何諸于OPC或者其它的串行通訊的設置。另外，在常規過程控制的監控畫面上需要顯示SIS系統里的儀表數據(加壓釜的液位，壓力及各隔室溫度)，而所有的SIS數據對BPCS來說都是可用并可直接引用的，充分滿足了一個流程畫面上對BPCS包括SIS數據同時顯示的功能。這樣就極大的簡化了工程實施的過程。

3.2、項目SIS系統配置

    該鋅冶煉廠SIS系統由一套帶冗余CPU和冗余電源的控制柜，模擬量輸人卡件，數字量輸人卡件，數字量輸出卡件，上位機，現場檢測儀表和控制閥，控制室內和現場設置的緊急停車按鈕組成。控制閥含進料礦漿切斷閥，剎卜料切斷閥，各隔室混合液管道切斷閥，:氧氣緩沖罐入口.閥，氧氣緩沖罐出口閥。其他控制信號包括加料泵和冷卻液泵的啟停信號。檢測儀表含加壓釜核液位計，加壓釜排氣壓力傳感器，各隔室溫度變送器。

    通過分析以往的案例，安全應用中的大多數故障都發生在現場設備中，因此僅提高邏輯解算器的可靠性不能顯著提高整個安全回路的可靠性。因此該項目采用了完整的SIS系統解決方案，包含獨立于的DCS系統的邏輯解算器、符合IEC61508的傳感器和執行單元。使整個系統的安全可靠性大大提高，為生產運行提供了強有力的保障。

3.3、加壓釜緊急停車聯鎖設置

    在緊急停車系統的聯鎖回路里，當加壓釜核液位計的數值超過設定的高限值，加壓釜排氣壓力傳感器超過設定的高限值，各隔室溫度變送器超過設定的高限值，或按下緊急停車按鈕都會觸發緊急停車系統的動作。緊急停車系統觸發后將關閉進料礦漿切斷閥，排料切一斷閥，各隔室混合液管道切斷閥并停止給料泵和冷卻液泵。

3.4加壓釜系統重點儀表

    在整個氧壓浸出生產過程中，加壓釜的液位穩定對產量和浸出率的保證起到極其重要的作用。在生產過程中，如果液位過高會使高壓釜中的壓力驟然上升，造成緊急停車事故;高壓釜液位過低又不能完全滿足生產需求。因此高壓釜的液位既是滿足生產也是保證安全生產的重要因素。原設置為核液位計，由于加壓釜屬于壓力容器，壁厚較厚，根據放射線需要穿過的各層物質的厚度及密度通常需要選擇輻射劑量較大的Cs源甚至Co源。因此在射源的防護與維護方面也需要花費大量的人力物力。為此在原核液位計以外又增設了一臺高頻雷達液位計。由于考慮到該工況下雷達液位計的穩定性問題，該液位僅作為系統運行時的輔助參考液位，不進人緊急停車程序和參與聯鎖。

 

    礦漿從高壓釜排出的瞬間，大量液體汽化，形成高速汽、液、固三相混合體從閥門沖出，導致閥門的汽蝕磨損嚴重〔4]。因此加壓釜排料閥的選擇是整個加壓釜能否平穩運行的關鍵。該項目選用的是在以前加壓釜項目中使用狀況良好的進口排料閥。

    考慮到進料閥門和進各隔室總管閥門的使用狀況直接影響加壓釜運行的安全性，因此針對上述閥門在控制系統中增加了閥門維護的程序。將閥門開閉的次數，每次閥門開閉所消耗的時間，每次閥門開閉時所承受的壓力這些數據都引至閥門運行維護數據庫中。當閥門的開閉次數達到預設的值時，就會彈出報警，提示操作人員注意閥門的運行狀況。然后根據閥’門的運行數據決定該閥門是繼續使用，還是拆下來更換上備用閥門。

 

4、結語

    基干以下幾點原因，該工廠將涉及到加壓釜安全的儀表信號，閥門控制信號引人到單獨設置的緊急停車系統，并與常規過程控制系統分開，大大減少緊急停車系統失效的概率，有效的提升了加壓釜運行的安全等級。

    (1)降低控制功能和安全功能同時失效的概率，當DCS部分故障時也不會危及安全保護系統;

    (2)對于大型裝置或旋轉機械設備而言，緊急停車系統響應速度越快越好。這有利于保護設備，避免事故擴大;并有利于分辨事故原因記錄。而DCS處理大量過程監測信息，因此其響應速度難以作得很快;

    (3) DCS系統是過程控制系統，是動態的，需要人工頻繁的干預，這有可能引起人為誤動作;而緊急停車系統(ESD)是靜態的，不需要人為干預，這樣設置緊急停車系統可以避免人為誤動作。

    在項目前期，設計人員和加壓釜運營人員一起對加壓釜進行了危險與可操作性(HAZOP : HazardOperability)分析。對影響事件和嚴重性等級，引發原因，引發可能性等做了仔細梳理。確定了該冶煉廠SIS系統內的儀表，閥門均選用通過SIL2等級認證的產品。同時SIS控制系統安全等級達到了SID等級。實踐證明，安全回路中，大多數故障出現在現場儀表上，解決對現場儀表的診斷和校正是提高安全回路的關鍵所在。在儀表日常的維護中，維護人員在辦公室的操作站上安裝艾默生AMS智能設備管理系統，對現場智能儀表設備潛在的故障進行診斷。

    在日常維護保養中，儀表維修人員都注意檢查機柜內各模塊的運行指示狀態，操作站及通信網絡的運行狀況。此外在每次加壓釜停產檢修期，儀表維護人員都對機柜內的模塊進行斷電并清掃除塵，同時對SIS系統內的10通道和控制回路進行了測試，保證閥門動作和系統聯鎖程序的可靠性。在投產兩年多的時間內，加壓釜SIS系統運行可靠，有效的保證了加壓釜的安全穩定生產。