烧碱系统自动化控制优化

烧碱系统自动化控制优化

李长江

  新疆圣雄氯碱有限公司 

摘要：在企业的生产作业中，涉及浓硫酸、烧碱、盐酸、氯气、氢气、次氯酸钠等多种危险化学品，且岗位操作涉及高温、高压的场所多、危险系数大，因此，从生产工艺流程入手，依托现有设备、设施，进行深度挖潜，并结合DCS自动控制技术、远传仪器仪表在线分析检测技术，逐步提升自动化控制水平，降低操作工频繁的重复性操作，控制人为因素造成的误操作几率，从本质上消除安全、环保隐患。

关键词：烧碱系统；自动化；控制优化

1废氯气处理系统自动化控制优化

1.1生产现状

为了确保离子膜烧碱生产系统生产过程的安全稳定，配套设置了废氯气处理系统，即次氯酸钠生产系统，用于处理离子膜烧碱生产系统开、停车阶段电解工序、氯氢处理工序、氯化氢合成工序、液氯工序等处产生的废氯气、氯气透平机中间腔处废氯气以及事故氯气等。废氯气处理的原理为含氯废气在串联的一级废氯气吸收塔和二级废氯气吸收塔中与碱液逆流接触发生化学反应，生成次氯酸钠，尾气排放至大气中，反应方程式如下。

废氯气处理系统的工艺流程为废氯气从一级废氯气吸收塔底部进入，在填料层与一级废氯气吸收塔上部下来的稀释碱液充分接触，尾气由一级废氯气吸收塔顶部进入二级废氯气吸收塔底部，并在填料层与二级废氯气吸收塔上部下来的稀释碱液充分接触，由顶部引风机抽出排入大气，废氯气系统真空维持-2kPa，由引风机通过变频自动调节。一级废氯气吸收塔吸收碱液、二级废氯气吸收塔吸收碱液分别由对应的碱液循环泵送至吸收塔顶部，反应所释放出的热量分别由一级碱液冷却器、二级碱液冷却器带走，当游离碱浓度达到0.5%～0.9%，有效氯达到13.0%～14.0%时，通过次氯酸钠泵输送至成品罐区待售。

废氯气处理系统的生产模式，最初是由操作工现场手动进行操作，后发展到中控室DCS远程手动操作气动控制阀。在生产操作过程中存在缺陷，一是气动控制阀门，由中控室DCS操作人员发出阀门打开、关闭的操作指令，有因操作不当引发生产事故的风险；二是废氯气处理系统吸收碱液的游离碱浓度，通过现场人员间断性的做样进行监测，存在滞后性，尤其是在次氯酸钠生产的后期，因做样分析不及时或不准确，废氯气处理系统存在跑氯的风险。

1.2废氯气处理系统自动化控制优化方案

1.2.1稀释碱液配置优化

设置稀释碱液配置自动程序启动投入/解除按钮。当自动程序投入使用时，稀释碱液配置时选择对应按钮，当碱液循环罐液位低于设定值SV1，且循环碱液进口切断阀、出口切断阀均关闭，则碱液配置切断阀、烧碱流量调节阀、纯水流量调节阀打开，烧碱流量、纯水流量通过串级控制关系进行调节，稀释碱液自动配置。当碱液循环罐液位高于设定值SV2，则碱液配置切断阀、烧碱流量调节阀、纯水流量调节阀关闭，稀释碱液配置结束。

1.2.2次氯酸钠外排操作优化

设置次氯酸钠外排自动程序启动投入/解除按钮，当自动程序投入使用时，碱液循环罐排次氯酸钠时选择对应按钮，当液位高于设定值SV3，且循环碱液进口切断阀、出口切断阀均关闭，则次氯酸钠外排切断阀打开；当碱液循环罐液位低于设定值SV4时，次氯酸钠泵停泵，同时次氯酸钠外排切断阀关闭，次氯酸钠外排操作结束。

1.2.3废氯气系统游离碱浓度检测优化

在一级碱液循环罐碱液循环管线上增加附属管线，连接至游离碱浓度在线分析仪，实现吸收碱液游离碱浓度的在线监控。依据废氯气系统吸收碱液游离碱浓度的变化规律，实施梯度检测方案。前期吸收碱液游离碱浓度高时，检测频度低，取样量小；后期吸收碱液游离碱浓度低时，检测频度高，取样量适当增加，以便实现吸收碱液游离碱浓度的及时、准确测量。游离碱浓度梯度检测方案的实施，既节省了检测试剂的使用量，又确保了废氯气系统在生产后期不跑氯，实现了废氯气生产系统的安全稳定运行。

1.2.4注意事项

此次废氯气处理系统优化方案中，自动化程序的执行依赖于自动阀、分析计量仪表等的及时、准确反馈，因此在实际生产过程中，需要定期对液位计、自动阀、游离碱在线分析仪等进行校对，确保数据的准确性，实现自动化程序的稳定运行。

2电解槽连锁控制的改造

离子膜是电解槽的核心单元,因此工艺中设计连锁的出发点是为了保护离子膜,使其不受损害。在实际运行中发现,电流波动(外系统晃电或整流系统内部原因而导致的电流波动)至连锁值后单台电解槽停。如果所有电解槽全部停止,则执行系统连锁步骤(即氮气阀开,氢压机、氯压机停等)[1]。执行连锁过程中,系统易出现负压差,对膜极距电解槽弹性阴极网和离子膜造成不可修复的损坏,并容易引起安全生产事故。原连锁设置中,电解槽电流小于2.6kA时启动极化整流器,大于2.8kA时停止极化整流器,在晃电过程中电流时有时无,极化整流器也会相应地时启时停,这不仅影响整流器的使用寿命,也影响离子膜和阴极涂层。

针对上述问题,唐山氯碱对电解槽连锁控制进行了改进:4台以上(包括4台)电解槽停车时,连锁系统停车,保证系统压差的稳定,保证离子膜安全;为避免检修电解槽影响系统连锁,增加投入/切除开关。对于带极化的膜极距电解槽,增加了如下连锁控制:电解槽电流≤2.6kA时,连锁相应电解槽停车。

3树脂塔再生酸水回用自动控制优化方案

3.1脱氯塔真空度自动化控制优化

在原有脱氯塔工艺流程的基础之上，增加DN50的自动调节阀，和原有的自动调节阀并联，同时与脱氯塔真空度形成控制回路，控制脱氯塔的真空度，保留了原有DN25的手动阀作为旁路，进行辅助调节。根据脱氯塔真空度的变化趋势，结合DCS自动控制技术，适当调整自动调节阀的PID参数。两个自动调节阀投入脱氯塔生产系统使用后，调节及时、准确，脱氯塔真空度稳定，脱氯效果良好。

3.2阳极液排放槽液位自动化控制优化

在原有脱氯塔工艺流程的基础之上，阳极液排放泵增加变频控制器，与阳极液排放槽液位形成控制回路，通过变频自动控制液位，避免因淡盐水流量的大幅度波动，影响脱氯塔的脱氯效果。阳极液排放槽液位自动控制，设置程序投入/解除按钮，程序投入状态下阳极液排放泵的变频自动控制液位，程序解除状态下阳极液排放泵的变频手动调节控制液位。阳极液排放槽液位自动化控制程序具体说明如下。

(1）阳极液排放槽液位设定值为SV5，与阳极液排放泵变频形成自动控制回路，当阳极液排放槽液位高于SV5值时，变频自动上调，当阳极液排放槽液位低于SV5值时，变频自动下调，维持液位稳定，确保脱氯塔的脱氯效果。

(2）当树脂塔再生酸性废水进入阳极液排放槽时，发出操作指令使阳极液排放泵变频强制手动并上调4%（实际上调量可根据生产情况适当调整）；持续至树脂塔再生酸性废水回收结束，此时发出操作指令使阳极液排放泵变频下调4%（实际下调量可根据生产情况适当调整），当阳极液排放槽液位低于SV5后，程序控制变频调节由手动控制变为自动控制，维持液位稳定。

4氯氢处理工序增加逻辑控制

氯氢处理工序冷却、压缩后的氯气和氢气经由分配台送至HCl合成工序,分配台压力平衡状态直接影响HCl合成进炉氯氢配比的稳定程度。部分电解槽突然跳停时,氢气反应速度大于氯气,氯气、氢气分配台压降不平衡会造成合成系统氯氢比值波动,超过3台合成炉的氯氢比值低低将造成电解槽全停。采取氯气分配台压力与氢气分配台压力串级关联控制的措施,即可实现氯气、氢气压降平衡,合成炉氯氢配比稳定。

结论

氯碱行业离子膜烧碱生产系统的从业人员从生产工艺流程入手，一方面不断地进行精准化操作分析，寻找生产控制过程中存在的薄弱环节并进行优化；一方面持续关注最新检测仪器、仪表的发展动态，积极引进并用于生产过程中工艺指标的检测、控制。两方面积极配合，逐步提升生产工艺控制的自动化水平，消除生产过程中存在的安全、环保隐患。

参考文献：

[1]耿庆鲁.40万t/a离子膜法烧碱整流装置的配置分析与优化运行[J].氯碱工业,2017,472(03):8-10.

[2]韩雪松.离子膜烧碱工艺里氯气含水量测量的仪表选择[J].石油化工自动化,2017(6):63-65.

[3]傅建军,付垒,万堃.离子膜法烧碱生产用1拖2整流变压器的运行与维护[J].氯碱工业,2019(6).

[4]刘海.离子膜烧碱蒸发装置运行总结[J].华夏氯碱,2018(6).