氯碱行业－离子膜烧碱自动化解决方案

一、前言

在离子膜行业，中控WebField 系列DCS已成功应用50多套，到2006年10月为止最大应用规模达25万吨/年规模。在该类离子膜烧碱生产线流程中，中控DCS承担了从一次盐水、二次盐水精制、电解、脱氯、Cl₂处理、H₂处理、Cl₂液化，到烧碱蒸发的所有工序全线自动控制，且一次开车投产成功。中控DCS成功实现了与盐水凯膜过滤器的PLC通讯，完整地承担了树脂塔（2-5塔）的程序控制而不需采用专用PLC，使电解工序的所有生产过程得到优化控制，特别是在电解槽单元电压的监测装置积累了丰富的成套经验，成功地实现各种电解工艺情况下的安全联锁保护。

由于电解工艺的不同，我公司先后成功与日本旭化成及氯工程、美国西方化学、德国伍迪、意大利迪诺纳、中国北京化机等公司的电解工艺配套控制系统，得到国内外专家的一致认可和好评。

二、工艺流程简介

烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电解、淡盐水脱氯、Cl₂处理、H₂处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解部分。

盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H₂，阳极气相生成Cl₂。

三、控制方案

3.1 盐水一次精制

从控制上看，盐水一次精制回路控制以单回路控制为主，比较简单。设备控制上最复杂的是过滤工序，国内一般采用戈尔过滤器，多以设备自带的PLC控制为主，中控WebField系列的DCS系统支持专用的网关卡采用串行通讯的方式与第三方PLC进行数据共享，以实现对过滤器的监视。

3.2 盐水二次精制

螯合树脂塔顺序控制是二次盐水控制的核心部分，也是离子膜控制中比较复杂的部分。它对执行控制阀等执行部件可靠性要求高，其控制功能现在大多由DCS实现精确控制。

树脂塔有三塔串联、两塔串联两种模式，同时根据不同的工艺对树脂塔的操作又略有不同，以下就旭化成三塔模式阐述中控的控制方案。

旭化成三塔模式控制需要实现的关键控制：

◆ 正常过滤及再生的程序控制

◆ 再生的正常再生、二倍酸洗、三倍酸洗的切换及控制

◆ 实现故障时过滤及再生的程序控制

◆ 对长期停车及暂时停车的不同进行处理

◆ 为现场设备的安全作切换的间隙处理

特色控制策略：

◆ 因为是以再生塔为主线，另外两台塔串联过滤，程序切换相当简单；同时中控提供再生程序单步运行模式，并且每步的运行时间都可以在参数设定画面里面进行设置。因此在出现一次盐水品质不过关，污染了树脂塔的时候，可以很方便的对树脂塔内的树脂进行清洗再生。

◆ 顺控程序的执行中，有很多步骤是需要对开关阀的反馈信号进行判断，从而决定下一步该进行的什么。为了避免开关阀的反馈传感器运行较长周期之后容易出现故障进而影响顺控程序的运行，程序提供了阀门反馈信号切除开关供选择。当阀门故障信号影响到顺控程序的运行时，如果操作员经确认阀门工作正常，是反馈传感器出现故障，可以选择将对应的阀门反馈信号进行切除，程序将不再对其进行判断；

◆ 树脂塔在生产过程中，存在短期停车或者因修整而长期停车两种停车方式，而不同的停车方式对于工艺流体及阀门的控制要求则各有不同。浙大中控在监控画面里提供了操作面板，可以方便的对停车方式进行选择。

3.3 电解

电解部分主要是使精制盐水流经电解槽的单元槽阴阳极，并使其保持一定压差，在直流电作用下发生正常的离子转移，必须控制好进电解槽盐水的PH值和流量、电解槽内阳/阴极间差压、电解槽出口氯氢差压、电解槽单元的直流电压等。为保证电解槽离子膜安全正常运行，同时需要设置极其可靠的联锁保护系统。

1、回路控制

◆ 氯氢差压控制

双闭环比值调节回路，通过对氯气总管压力及氢气总管压力的调节控制使氢气压力按一定变比值关系跟随氯气压力变化。

◆ 阳极液的回流流量的控制

◆ 回流烧碱加纯水流量控制

★ 与烧碱浓度形成串级控制

★ 与旭化成电解槽的总电流形成比值控制，比值开关对此进行切换。

◆ 电解槽精制盐水流量的控制

电解槽精制盐水流量与电解槽电流形成比值控制，但其流量不能小于某一设定值。

◆ 电解槽阳极加酸流量的控制

电解槽阳极加酸流量根据电解槽电流形成比值控制进行调节。

◆ 电解槽内阳/阴极间差压检测

检测目的在于保护离子膜和单元槽的正常运行 ，安装变送器时要求考虑防腐、防爆、绝缘等因素。

2、电槽联锁保护

电解槽的联锁包括公用联锁及单槽联锁两部分。公用联锁有全厂电源故障、氯压机全停、氯氢差压超高或超低及仪表风故障，如果该部分联锁发生，则所有的电解槽联锁停机；单槽联锁条件是电解槽的电压有超高、进槽精制盐水流量低或烧碱回流流量低。单槽联锁条件成立时只影响本槽。

四、典型应用

巴基斯坦Sitara Chemical Industrial Ltd. （SCIL）公司是巴基斯坦国内最大的化工集团，主要从事烧碱、化纤的生产。此次6万吨/年离子膜烧碱项目电槽采用UHDENORA公司产品，整流器采用Frima公司产品，是巴基斯坦国内最大离子膜烧碱项目。控制系统采用我公司DCS产品。该项目控制范围包括一次盐水、二次盐水、电解等，实现了包括电槽联锁、整流器升降负荷控制、树脂塔自动控制、复杂回路控制在内的全部控制要求；控制效果达到并超过了工艺指标的要求。得到了SCIL公司、UHDENORA公司、Frima公司等的充分认可。

该项目的成功实施为国内控制系统在烧碱行业上走向国际跨出了突破性意义的一步，也标志着中控在该行业的优化控制整体解决方案的能力得到了广泛的认可，位居国内自控领域前列。

五、典型业绩

下面是中控在离子膜行业典型业绩清单: