離子膜燒堿中ECS-100系統(tǒng)的應(yīng)用

萬德壽，喻振海，周 彪

（武漢祥龍電業(yè)有限公司，湖北 武漢 430078）

離子膜燒堿中ECS-100系統(tǒng)的應(yīng)用

萬德壽，喻振海，周 彪

（武漢祥龍電業(yè)有限公司，湖北 武漢 430078）

介紹了浙江中控ECS-100 DCS控制系統(tǒng)在10萬t/a離子膜燒堿中的應(yīng)用情況。

ECS-100 DCS系統(tǒng)；離子膜燒堿；控制方案；變頻器應(yīng)用；工藝連鎖

1 離子膜工藝概述及DCS系統(tǒng)配置

武漢祥龍電業(yè)公司10萬t/a離子膜工程引進(jìn)英國INEOS TECHNOLOGIES電解槽，一次鹽水精制采用頗爾ZF膜過濾器，膜法脫硝采用凱膜特種分離技術(shù)（上海）有限公司CIM膜法脫硝裝置，氯壓機(jī)是由杭州求是透平機(jī)制造有限公司提供。從2010年4月初步設(shè)計(jì)審查通過到2011年3月安裝完成，正式開車時(shí)間為11個(gè)月，總投資約1.7億元，一次開車成功。

1.1 DCS接地要求

DCS系統(tǒng)接地可分為保護(hù)接地、工作接地、本安系統(tǒng)接地、防靜電接地等。

（1）保護(hù)接地（也稱安全接地）是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的。凡是控制系統(tǒng)機(jī)柜，操作臺，儀表柜等用電設(shè)備的金屬外殼及控制設(shè)備正常不帶電的金屬部分，由于各種原因（如絕緣破壞等）而有可能帶危險(xiǎn)電壓者，均應(yīng)作保護(hù)接地。

（2）工作接地是指儀表信號回路接地和屏蔽接地。儀表工作接地原則為單點(diǎn)接地，信號回路中應(yīng)避免產(chǎn)生接地回路。

（3）控制室和機(jī)柜間采用防靜電地板。

1.2 供電系統(tǒng)

系統(tǒng)供電為雙路供電，見圖1。一路UPS電源供電，一路直接AC22V供電，2路電源來自2個(gè)獨(dú)立的電源系統(tǒng)，這樣，可保證DCS系統(tǒng)不會因某一電源出故障而造成斷電。

1.3 DCS系統(tǒng)構(gòu)成

DCS系統(tǒng)由主站、遠(yuǎn)程控制站1和遠(yuǎn)程控制站2組成。

主站DCS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電解工序、二次鹽水工序、脫氯系統(tǒng)、氯氣、氫氣、廢氣處理及槽電壓檢測。氯壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)經(jīng)Modbus RTU協(xié)議RS-485通訊，在DCS系統(tǒng)顯示。遠(yuǎn)程控制站1主要負(fù)責(zé)一次鹽水和液氯工序。膜法脫硝、頗爾過濾PLC控制系統(tǒng)經(jīng)Modbus RTU協(xié)議RS485通訊進(jìn)入DCS系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制站2負(fù)責(zé)鹽酸系統(tǒng)。主站與遠(yuǎn)程控制站1、遠(yuǎn)程控制站2通過光纖實(shí)現(xiàn)通訊。

2 槽電壓檢測

電解槽檢測采用日本M-SYSTEM愛模系統(tǒng)原裝，型號為M5VS-0A-R。每3個(gè)電解槽為1組進(jìn)行槽電壓檢測，每1組電解槽由150個(gè)單元槽組成，則有50個(gè)槽電壓檢測信號隔離變換器。4組電解槽共有200個(gè)槽電壓檢測信號隔離變換器，槽電壓通過M5VS-0A-R轉(zhuǎn)換為4～20MA進(jìn)入DCS系統(tǒng)顯示，并進(jìn)行報(bào)警連鎖。3個(gè)單元槽進(jìn)行檢測既能滿足槽電壓檢測要求，又節(jié)約投資，是非常合理的配置。

3 主要回路的控制方案

3.1 進(jìn)電解槽鹽水、堿溫度、流量控制及鹽水進(jìn)酸控制

進(jìn)槽鹽水和堿液流量、溫度是電解的重要控制指標(biāo)，直接影響電解電流值的大小。鹽水流量和堿液流量一定要匹配，溫度要對應(yīng)。只有嚴(yán)格按照電解負(fù)荷電流表進(jìn)行控制，才能保證電解效率、電解液的濃度和產(chǎn)量，保證離子膜的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。避免在電解過程中，鹽水濃度低導(dǎo)致OH-反滲透速度增加，使陽極電流效率下降。

由上述要求得出，根據(jù)當(dāng)時(shí)電解槽電流值調(diào)整單回路調(diào)節(jié)器給定值，分別由單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)槽鹽水溫度和堿液溫度，同樣根據(jù)當(dāng)時(shí)電解槽電流值給定FIC-221A調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)槽鹽水流量和給定FIC-223A調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)堿液流量。與此同時(shí)，通過FIC-222A調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)鹽酸進(jìn)鹽水的量，有效控制進(jìn)槽鹽水的pH值。

3.2 單槽氯氣、氫氣壓力控制

單組電解槽在開、停車過程中，廢氯氣、廢氫氣壓力控制是至關(guān)重要的，直接關(guān)系到離子膜的使用壽命及電解槽的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主控壓力是廢氯氣，廢氫氣是隨動的。PIC-222A為廢氯氣單回壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，廢氫氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)PDIC-223A是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，SV=PI-222A+DP。在正常情況下，保證廢氫氣PI-221A的壓力始終高于廢氯氣PT-222A的壓力，△P為操作給定值,這樣，能保證離子膜貼在陽極上，盡量減小膜與陽極的距離，因?yàn)殛枠O液的電阻比陰極液電阻大，陽極比陰極光滑，壓差過大，又會使離子膜及陽極受傷害。在開停車或出現(xiàn)問題時(shí)，壓差要維持在4.0~-1.4 kPa。超過這個(gè)范圍就有可能損壞電解槽，所以，要進(jìn)行連鎖保護(hù)。

在正常生產(chǎn)過程中，單槽生產(chǎn)出的氯氣通過HV-202A進(jìn)入氯氣總管，由氯氣總管實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，廢氯氣調(diào)節(jié)閥PCV-222A關(guān)閉。同理，單槽生產(chǎn)出的氫氣通過HV-201A進(jìn)入氫氣總管，由氫氣總管實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，廢氫氣調(diào)節(jié)閥PCV-223A關(guān)閉。

3.3 電解槽出口總管氯氣、氫氣壓差控制

氫氣系統(tǒng)分2路，一路為純氫氣去氫處理系統(tǒng)；另一路為廢氫氣系統(tǒng)，直接放空。氯氣系統(tǒng)分2路，一路為純氯進(jìn)氯壓機(jī)系統(tǒng)，另一路為廢氯進(jìn)廢氯處理系統(tǒng)。

在電解系統(tǒng)剛開車時(shí)，系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣、氯氣進(jìn)入廢氣系統(tǒng)。系統(tǒng)生產(chǎn)正常，分析合格后，進(jìn)入正常的氫氣、氯氣系統(tǒng)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題或連鎖跳車后，進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)。

與前述單槽壓差控制要求一樣，電解槽出口總管氯氣、氫氣壓差控制是為了控制陰極室和陽極壓差為1.5 kPa。

在電解系統(tǒng)剛開車或系統(tǒng)的不正常處理過程中，系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣、氯氣為廢氣，進(jìn)入廢氣系統(tǒng)，PIC-225B控制系統(tǒng)通過PV-225B控制廢氯氣壓力，PDIC-226B調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過PdV-226B隨動控制廢氫氣壓力，隨動調(diào)節(jié)器給定值SV=PT-225A+1.5 kPa。

系統(tǒng)生產(chǎn)正常，分析合格后進(jìn)入正常的氫氣、氯氣系統(tǒng)，PIC-225A控制系統(tǒng)通過PV-225A控制氯氣壓力，PDIC-226A調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過PdV-226A隨動控制氫氣壓力，隨動調(diào)節(jié)器給定值SV=PT-225A+1.5kPa

通過以上控制系統(tǒng)，保證氫氣氯氣壓差穩(wěn)定在1.5 kPa。

為了保證氯氣總管壓力和氫氣總管壓力的可靠性，氯氣總管壓力和氫氣總管壓力采用雙套壓力變送器測量，一套參入控制，另一套進(jìn)行監(jiān)控，并能切換使用。

3.4 變頻器的應(yīng)用

離子膜工程應(yīng)用變頻器，成功實(shí)現(xiàn)了液位、壓力、流量控制，既節(jié)約了能源，又避免了大口徑波紋管防腐調(diào)節(jié)閥耐壓差能力弱的缺點(diǎn)，控制效果非常好。

3.4.1 變頻器流量控制

一次鹽水前反應(yīng)桶向加壓溶氣罐送鹽水、原設(shè)計(jì)控制方案為總管流量通過FIC-114控制總管流量調(diào)節(jié)閥FV-114進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，進(jìn)入加壓溶氣罐分為2路，由FIC-105a和FIC-105b進(jìn)行流量控制。由于加壓泵壓力大，F(xiàn)V-105a、FV-105b選用的是波紋管防腐調(diào)節(jié)閥。由于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有誤，在調(diào)節(jié)閥上產(chǎn)生的壓差超出了調(diào)節(jié)閥允許壓差范圍，調(diào)節(jié)閥上產(chǎn)生了大的振動，調(diào)節(jié)閥很快就出現(xiàn)了波紋管破、閥桿斷的情況，流量無法控制。采用變頻器控制，以總管流量FIC-114a/FIC-114b分別控制機(jī)泵A/機(jī)泵B的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，根據(jù)生產(chǎn)要求改變總管流量，流量控制平穩(wěn)，泵壓明顯下降，節(jié)電明顯。由于總管流量穩(wěn)定，將FV-105a、FV-105b換為手閥，改動后，簡化了控制系統(tǒng)，控制效果好，生產(chǎn)平穩(wěn)且無故障。

3.4.2 變頻器壓力控制

陰極液泵出口壓力通過PIC-228A/PIC-228B控制回路進(jìn)行變頻器控制，穩(wěn)定了泵P206A/B出口壓力，系統(tǒng)平衡，生產(chǎn)穩(wěn)定。由于泵出口壓力控制穩(wěn)定，陰極液槽液位控制系統(tǒng)LIC-221很容易控制。

3.4.3 變頻器液位控制

一般的陽極液貯槽液位是由氣動薄膜調(diào)節(jié)閥控制，由于陽極液流量大，調(diào)節(jié)閥口徑必須大，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥耐壓差小，容易損壞。用變頻器控制很容易解決這一問題，而且節(jié)能。LIC-231a/LIC-231b控制回路實(shí)現(xiàn)了通過液位LT-231、變頻器控制陽極貯槽液位的目的。原液位調(diào)節(jié)閥改為HV-231進(jìn)行遙控輔助控制。在脫氯塔液位LIC-233控制系統(tǒng)中，將原調(diào)節(jié)閥控制液位的方法改為變頻器控制,原LV-233改為HV-233進(jìn)行遙控輔助控制，取得了同樣的效果。

4 電解連鎖控制方案

電解槽的連鎖分為單槽停車和電解槽全停。電解槽公共連鎖條件中任一條件成立，所有電解槽全停機(jī);單臺電解槽連鎖條件中任一條件成立時(shí)，該電解槽停車。電解槽的公共連鎖條件見圖2。

總管氫氣壓力 PT-224A/B＞PT-224A/B HHset（操作設(shè)定）

總管氯氣壓力PT-225A/B＞PT-225A/B HHset（操作設(shè)定）；

總管氯氫氣壓差 PdT-226A/B＞PdT-226A/B HHset（操作設(shè)定）；

精鹽水泵P201A/B全停；

陰極泵P206A/B全停；

氯壓機(jī)全停；

氫壓機(jī)全停；

陽極液 LT-231＞LT-231 Hset（操作設(shè)定）；

陰極液 LT-221＞LT-221 HHset（操作設(shè)定）；

精鹽水高位槽LT-215＜LT-215 LLset（操作設(shè)定）；

堿液高位槽 LT-226＜LT-226 LLset（操作設(shè)定）；

儀表空氣 PISA-205＜PISA-205 Lset（操作設(shè)定）；

緊急停車按鈕。

公共連鎖條件成立，所有電解槽全停；個(gè)別回路需要檢修時(shí)可臨時(shí)切除連鎖。

電解槽全停并作如下相應(yīng)處理：

關(guān)PV-225A、PV-225A2,開PV-225B； 關(guān)PV-226A、PV-226A2，設(shè)置氯氫差壓 2.00 kPa，開 PdV-226B，保持氯氫差壓 2.00 kPa。 關(guān) LV-221，KV-223，開 KV-224，開 HV-222，關(guān) FV-224，停氫壓機(jī)。

單臺電解槽連鎖停車條件（以A槽為例，其他槽與A槽相同）：

E201A整流電流＞HHset(操作設(shè)定)；

E201A整流電壓＞HHset(操作設(shè)定)；

E201A氫氣壓力PT-221A＞HHset(操作設(shè)定)；

E201A氯氣壓力PT-222A＞HHset(操作設(shè)定)；

E201A氯氫差壓PdT-223A＞HHset(操作設(shè)定)；

E201A氯氫差壓PdT-223A＜LLset(操作設(shè)定)；

鹽水流量 FT-221A＜FT-221A LLset(操作設(shè)定)；

堿液流量 FT-223A＜FT-223A LLset(操作設(shè)定)；

E201A整流電流＞設(shè)定值且HV-201A或HV-202A沒有打開（閥門開位置信號未收到）；

E201A整流器停；

E201A整流器緊急停車。

以上條件有1條達(dá)到，停E201A組整流器，同時(shí)作以下相應(yīng)處理：關(guān)氫氣切斷閥HV-201A,氯氣切斷閥HV-202A,鹽酸切斷閥KV-221A；開氮?dú)馇袛嚅yKV-206A,空氣切斷閥KV-207A；設(shè)置PIC-222A給定值為15.82 kPa,PDIC-223A給定值為2.5 kPa，投入自控，保持氯氫壓差為2.5 kPa；關(guān)閉鹽酸調(diào)節(jié)閥FV-222A。單臺電解槽連鎖停車結(jié)果E201B、E201C、E201D與E201A同樣。

為了保證正常、安全生產(chǎn)，對一些工藝參數(shù)控制必須進(jìn)行連鎖。

為了保證螯合樹脂性能和安全，通過板換加熱鹽水。如果溫度太高，會使螯合樹脂性能和安全受到影響，必須進(jìn)行工藝連鎖。當(dāng)板換出口鹽水溫度超過操作設(shè)定溫度后，自動關(guān)閉加熱閥。具體如下：

TT-104＞TT-104 HHset(操作設(shè)定值)關(guān)閉加熱閥TV-104；

TT-232＞TT-232 HHset(操作設(shè)定值)關(guān)閉加熱閥TV-232；

TT-212＞TT-212 HHset(操作設(shè)定值)關(guān)閉加熱閥TV-212A；

TT-213＞TT-213 HHset(操作設(shè)定值)關(guān)閉加熱閥TV-213A；

TT-224＞TT-224 HHset(操作設(shè)定值)關(guān)閉加熱閥TV-224B；

如果廢氫氣放空管出口溫度過高，可能是出口處起火，要開蒸汽閥進(jìn)行滅火；

TT-250＞TT-250 HHset(操作設(shè)定值)開蒸汽閥HV250。

單槽工藝連鎖（以A槽為例，其他槽一樣），鹽水供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障或全系統(tǒng)故障停車而使進(jìn)槽鹽水流量小于設(shè)定值時(shí)，開KV-208A,關(guān)FV-221A.確保在電解停車時(shí)有足夠的鹽水對電槽進(jìn)行置換。

同樣，因堿液供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障或全系統(tǒng)故障停車而使進(jìn)槽堿液流量小于設(shè)定的最低流量時(shí)，開KV-209A,關(guān)FV-223A，確保在電解停車時(shí)有足夠的堿液對電槽進(jìn)行置換。其他工藝連鎖略。

5 結(jié)語

10萬t/a離子膜應(yīng)用ECS-100系統(tǒng)非常成功，從控制方案到系統(tǒng)的穩(wěn)定性都達(dá)到國內(nèi)一流水平。離子膜的成功開車為下一步的生產(chǎn)和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Application of ECS-100 system of ionic membrane caustic soda

WAN De-shou,YU Zhen-hai,ZHOU Biao
(Wuhan Xianglong Power Industry Co.,Ltd.,Wuhan 430078,China)

The application status of ECS-100 DCS control system 100 kt/a ionic membrane caustic soda were introduced.

ECS-100 DCS system;ionic membrane caustic soda;control project;application of converter;process linkage

TQ114.26

B

1009－1785(2011)10-0028-04

2011-08-03