氯堿行業(yè)－離子膜燒堿自動(dòng)化解決方案

一、前言

在離子膜行業(yè)，中控WebField 系列DCS已成功應(yīng)用50多套，到2006年10月為止最大應(yīng)用規(guī)模達(dá)25萬噸/年規(guī)模。在該類離子膜燒堿生產(chǎn)線流程中，中控DCS承擔(dān)了從一次鹽水、二次鹽水精制、電解、脫氯、Cl₂處理、H₂處理、Cl₂液化，到燒堿蒸發(fā)的所有工序全線自動(dòng)控制，且一次開車投產(chǎn)成功。中控DCS成功實(shí)現(xiàn)了與鹽水凱膜過濾器的PLC通訊，完整地承擔(dān)了樹脂塔（2-5塔）的程序控制而不需采用專用PLC，使電解工序的所有生產(chǎn)過程得到優(yōu)化控制，特別是在電解槽單元電壓的監(jiān)測(cè)裝置積累了豐富的成套經(jīng)驗(yàn)，成功地實(shí)現(xiàn)各種電解工藝情況下的安全聯(lián)鎖保護(hù)。

由于電解工藝的不同，我公司先后成功與日本旭化成及氯工程、美國西方化學(xué)、德國伍迪、意大利迪諾納、中國北京化機(jī)等公司的電解工藝配套控制系統(tǒng)，得到國內(nèi)外專家的一致認(rèn)可和好評(píng)。

二、工藝流程簡(jiǎn)介

燒堿目前以離子膜工藝為主。按流程順序分為一次鹽水、二次鹽水精制、電解、淡鹽水脫氯、Cl₂處理、H₂處理等工序。核心工序是二次鹽水精制和電解部分。

鹽水一次精制的主要目的是控制懸浮物(SS)與各種雜質(zhì)離子的含量在要求的范圍內(nèi)，為鹽水二次精制作準(zhǔn)備。鹽水二次精制最主要部分是螯合樹脂塔，，使粗鹽水經(jīng)過樹脂塔后除去二價(jià)陽離子。部分工藝在二次精制中鹽水進(jìn)螯合樹脂塔之前設(shè)置碳素管或其它類型過濾器，以進(jìn)一步降低鹽水中的懸浮物的含量。電解部分是燒堿制備流程的關(guān)鍵工序，符合電解要求指標(biāo)的精制鹽水流經(jīng)電解槽時(shí)，在一定直流電作用下，離子經(jīng)離子交換膜的發(fā)生遷移，最終在陰極液相形成燒堿，陽極液相產(chǎn)生淡鹽水，陰極氣相生成H₂，陽極氣相生成Cl₂。

三、控制方案

3.1 鹽水一次精制

從控制上看，鹽水一次精制回路控制以單回路控制為主，比較簡(jiǎn)單。設(shè)備控制上最復(fù)雜的是過濾工序，國內(nèi)一般采用戈?duì)栠^濾器，多以設(shè)備自帶的PLC控制為主，中控WebField系列的DCS系統(tǒng)支持專用的網(wǎng)關(guān)卡采用串行通訊的方式與第三方PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，以實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾器的監(jiān)視。

3.2 鹽水二次精制

螯合樹脂塔順序控制是二次鹽水控制的核心部分，也是離子膜控制中比較復(fù)雜的部分。它對(duì)執(zhí)行控制閥等執(zhí)行部件可靠性要求高，其控制功能現(xiàn)在大多由DCS實(shí)現(xiàn)精確控制。

樹脂塔有三塔串聯(lián)、兩塔串聯(lián)兩種模式，同時(shí)根據(jù)不同的工藝對(duì)樹脂塔的操作又略有不同，以下就旭化成三塔模式闡述中控的控制方案。

旭化成三塔模式控制需要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵控制：

◆ 正常過濾及再生的程序控制

◆ 再生的正常再生、二倍酸洗、三倍酸洗的切換及控制

◆ 實(shí)現(xiàn)故障時(shí)過濾及再生的程序控制

◆ 對(duì)長期停車及暫時(shí)停車的不同進(jìn)行處理

◆ 為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全作切換的間隙處理

特色控制策略：

◆ 因?yàn)槭且栽偕橹骶€，另外兩臺(tái)塔串聯(lián)過濾，程序切換相當(dāng)簡(jiǎn)單；同時(shí)中控提供再生程序單步運(yùn)行模式，并且每步的運(yùn)行時(shí)間都可以在參數(shù)設(shè)定畫面里面進(jìn)行設(shè)置。因此在出現(xiàn)一次鹽水品質(zhì)不過關(guān)，污染了樹脂塔的時(shí)候，可以很方便的對(duì)樹脂塔內(nèi)的樹脂進(jìn)行清洗再生。

◆ 順控程序的執(zhí)行中，有很多步驟是需要對(duì)開關(guān)閥的反饋信號(hào)進(jìn)行判斷，從而決定下一步該進(jìn)行的什么。為了避免開關(guān)閥的反饋傳感器運(yùn)行較長周期之后容易出現(xiàn)故障進(jìn)而影響順控程序的運(yùn)行，程序提供了閥門反饋信號(hào)切除開關(guān)供選擇。當(dāng)閥門故障信號(hào)影響到順控程序的運(yùn)行時(shí)，如果操作員經(jīng)確認(rèn)閥門工作正常，是反饋傳感器出現(xiàn)故障，可以選擇將對(duì)應(yīng)的閥門反饋信號(hào)進(jìn)行切除，程序?qū)⒉辉賹?duì)其進(jìn)行判斷；

◆ 樹脂塔在生產(chǎn)過程中，存在短期停車或者因修整而長期停車兩種停車方式，而不同的停車方式對(duì)于工藝流體及閥門的控制要求則各有不同。浙大中控在監(jiān)控畫面里提供了操作面板，可以方便的對(duì)停車方式進(jìn)行選擇。

3.3 電解

電解部分主要是使精制鹽水流經(jīng)電解槽的單元槽陰陽極，并使其保持一定壓差，在直流電作用下發(fā)生正常的離子轉(zhuǎn)移，必須控制好進(jìn)電解槽鹽水的PH值和流量、電解槽內(nèi)陽/陰極間差壓、電解槽出口氯氫差壓、電解槽單元的直流電壓等。為保證電解槽離子膜安全正常運(yùn)行，同時(shí)需要設(shè)置極其可靠的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

1、回路控制

◆ 氯氫差壓控制

雙閉環(huán)比值調(diào)節(jié)回路，通過對(duì)氯氣總管壓力及氫氣總管壓力的調(diào)節(jié)控制使氫氣壓力按一定變比值關(guān)系跟隨氯氣壓力變化。

◆ 陽極液的回流流量的控制

◆ 回流燒堿加純水流量控制

★ 與燒堿濃度形成串級(jí)控制

★ 與旭化成電解槽的總電流形成比值控制，比值開關(guān)對(duì)此進(jìn)行切換。

◆ 電解槽精制鹽水流量的控制

電解槽精制鹽水流量與電解槽電流形成比值控制，但其流量不能小于某一設(shè)定值。

◆ 電解槽陽極加酸流量的控制

電解槽陽極加酸流量根據(jù)電解槽電流形成比值控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。

◆ 電解槽內(nèi)陽/陰極間差壓檢測(cè)

檢測(cè)目的在于保護(hù)離子膜和單元槽的正常運(yùn)行 ，安裝變送器時(shí)要求考慮防腐、防爆、絕緣等因素。

2、電槽聯(lián)鎖保護(hù)

電解槽的聯(lián)鎖包括公用聯(lián)鎖及單槽聯(lián)鎖兩部分。公用聯(lián)鎖有全廠電源故障、氯壓機(jī)全停、氯氫差壓超高或超低及儀表風(fēng)故障，如果該部分聯(lián)鎖發(fā)生，則所有的電解槽聯(lián)鎖停機(jī)；單槽聯(lián)鎖條件是電解槽的電壓有超高、進(jìn)槽精制鹽水流量低或燒堿回流流量低。單槽聯(lián)鎖條件成立時(shí)只影響本槽。

四、典型應(yīng)用

巴基斯坦Sitara Chemical Industrial Ltd. （SCIL）公司是巴基斯坦國內(nèi)最大的化工集團(tuán)，主要從事燒堿、化纖的生產(chǎn)。此次6萬噸/年離子膜燒堿項(xiàng)目電槽采用UHDENORA公司產(chǎn)品，整流器采用Frima公司產(chǎn)品，是巴基斯坦國內(nèi)最大離子膜燒堿項(xiàng)目。控制系統(tǒng)采用我公司DCS產(chǎn)品。該項(xiàng)目控制范圍包括一次鹽水、二次鹽水、電解等，實(shí)現(xiàn)了包括電槽聯(lián)鎖、整流器升降負(fù)荷控制、樹脂塔自動(dòng)控制、復(fù)雜回路控制在內(nèi)的全部控制要求；控制效果達(dá)到并超過了工藝指標(biāo)的要求。得到了SCIL公司、UHDENORA公司、Frima公司等的充分認(rèn)可。

該項(xiàng)目的成功實(shí)施為國內(nèi)控制系統(tǒng)在燒堿行業(yè)上走向國際跨出了突破性意義的一步，也標(biāo)志著中控在該行業(yè)的優(yōu)化控制整體解決方案的能力得到了廣泛的認(rèn)可，位居國內(nèi)自控領(lǐng)域前列。

五、典型業(yè)績

下面是中控在離子膜行業(yè)典型業(yè)績清單: