氯堿行業－離子膜燒堿自動化解決方案

一、前言

在離子膜行業，中控WebField 系列DCS已成功應用50多套，到2006年10月為止最大應用規模達25萬噸/年規模。在該類離子膜燒堿生產線流程中，中控DCS承擔了從一次鹽水、二次鹽水精制、電解、脫氯、Cl₂處理、H₂處理、Cl₂液化，到燒堿蒸發的所有工序全線自動控制，且一次開車投產成功。中控DCS成功實現了與鹽水凱膜過濾器的PLC通訊，完整地承擔了樹脂塔（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過程得到優化控制，特別是在電解槽單元電壓的監測裝置積累了豐富的成套經驗，成功地實現各種電解工藝情況下的安全聯鎖保護。

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、德國伍迪、意大利迪諾納、中國北京化機等公司的電解工藝配套控制系統，得到國內外專家的一致認可和好評。

二、工藝流程簡介

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)與各種雜質離子的含量在要求的范圍內，為鹽水二次精制作準備。鹽水二次精制最主要部分是螯合樹脂塔，，使粗鹽水經過樹脂塔后除去二價陽離子。部分工藝在二次精制中鹽水進螯合樹脂塔之前設置碳素管或其它類型過濾器，以進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鍵工序，符合電解要求指標的精制鹽水流經電解槽時，在一定直流電作用下，離子經離子交換膜的發生遷移，最終在陰極液相形成燒堿，陽極液相產生淡鹽水，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，比較簡單。設備控制上最復雜的是過濾工序，國內一般采用戈爾過濾器，多以設備自帶的PLC控制為主，中控WebField系列的DCS系統支持專用的網關卡采用串行通訊的方式與第三方PLC進行數據共享，以實現對過濾器的監視。

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雜的部分。它對執行控制閥等執行部件可靠性要求高，其控制功能現在大多由DCS實現精確控制。

樹脂塔有三塔串聯、兩塔串聯兩種模式，同時根據不同的工藝對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現的關鍵控制：

◆ 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

◆ 實現故障時過濾及再生的程序控制

◆ 對長期停車及暫時停車的不同進行處理

◆ 為現場設備的安全作切換的間隙處理

特色控制策略：

◆ 因為是以再生塔為主線，另外兩臺塔串聯過濾，程序切換相當簡單；同時中控提供再生程序單步運行模式，并且每步的運行時間都可以在參數設定畫面里面進行設置。因此在出現一次鹽水品質不過關，污染了樹脂塔的時候，可以很方便的對樹脂塔內的樹脂進行清洗再生。

◆ 順控程序的執行中，有很多步驟是需要對開關閥的反饋信號進行判斷，從而決定下一步該進行的什么。為了避免開關閥的反饋傳感器運行較長周期之后容易出現故障進而影響順控程序的運行，程序提供了閥門反饋信號切除開關供選擇。當閥門故障信號影響到順控程序的運行時，如果操作員經確認閥門工作正常，是反饋傳感器出現故障，可以選擇將對應的閥門反饋信號進行切除，程序將不再對其進行判斷；

◆ 樹脂塔在生產過程中，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于工藝流體及閥門的控制要求則各有不同。浙大中控在監控畫面里提供了操作面板，可以方便的對停車方式進行選擇。

3.3 電解

電解部分主要是使精制鹽水流經電解槽的單元槽陰陽極，并使其保持一定壓差，在直流電作用下發生正常的離子轉移，必須控制好進電解槽鹽水的PH值和流量、電解槽內陽/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行，同時需要設置極其可靠的聯鎖保護系統。

1、回路控制

◆ 氯氫差壓控制

雙閉環比值調節回路，通過對氯氣總管壓力及氫氣總管壓力的調節控制使氫氣壓力按一定變比值關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控制

★ 與旭化成電解槽的總電流形成比值控制，比值開關對此進行切換。

◆ 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電解槽電流形成比值控制進行調節。

◆ 電解槽內陽/陰極間差壓檢測

檢測目的在于保護離子膜和單元槽的正常運行 ，安裝變送器時要求考慮防腐、防爆、絕緣等因素。

2、電槽聯鎖保護

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

四、典型應用

巴基斯坦Sitara Chemical Industrial Ltd. （SCIL）公司是巴基斯坦國內最大的化工集團，主要從事燒堿、化纖的生產。此次6萬噸/年離子膜燒堿項目電槽采用UHDENORA公司產品，整流器采用Frima公司產品，是巴基斯坦國內最大離子膜燒堿項目。控制系統采用我公司DCS產品。該項目控制范圍包括一次鹽水、二次鹽水、電解等，實現了包括電槽聯鎖、整流器升降負荷控制、樹脂塔自動控制、復雜回路控制在內的全部控制要求；控制效果達到并超過了工藝指標的要求。得到了SCIL公司、UHDENORA公司、Frima公司等的充分認可。

該項目的成功實施為國內控制系統在燒堿行業上走向國際跨出了突破性意義的一步，也標志著中控在該行業的優化控制整體解決方案的能力得到了廣泛的認可，位居國內自控領域前列。

五、典型業績

下面是中控在離子膜行業典型業績清單: