DCS控制系統(tǒng)在離子膜燒堿裝置中的應(yīng)用

劉 艷，孟 杰

（唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000）

1 控制系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)介

離子膜燒堿裝置主要分為鹽水精制生產(chǎn)和電解槽電解兩大部分。

1.1 鹽水精制生產(chǎn)部分

鹽水質(zhì)量是離子膜電解正常生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵問題，鹽水質(zhì)量不僅影響離子膜的使用壽命，而且是能否在高電流密度運(yùn)行時(shí)得到高電流效率的至關(guān)重要的因素，因此在一次精制鹽水的基礎(chǔ)上用離子膜交換樹脂對(duì)鹽水進(jìn)行二次精制，以除掉鹽水中的Ca++、Mg++和其他多價(jià)陽(yáng)離子，來符合離子膜工藝的鹽水精制質(zhì)量要求。

1.2 電解槽電解部分

離子交換膜食鹽電解法，就是利用陽(yáng)離子交換膜把電解槽分為陽(yáng)極室和陰極室，然后向陽(yáng)極室提供鹽水，向陰極室提供純水，而進(jìn)行電解的方法。

2 工藝流程

2.1 工藝簡(jiǎn)介

圖1 工藝流程圖

離子膜裝置，主要由一次鹽水，二次鹽水，電解工段等組成。固體鹽皮帶輸送機(jī)，送入化鹽桶，化鹽水來自配水罐，粗鹽水溢流至反應(yīng)罐，并加入精致劑反應(yīng)，反應(yīng)后的粗鹽水流至沉降器，沉降后的鹽水溢流至沙濾器進(jìn)行過濾，合格的精鹽水溢流至精鹽水儲(chǔ)罐，然后用精鹽水泵送至二次鹽水工序。工藝流程圖如圖1所示：

2.2 鹽水過濾工藝

一次鹽水儲(chǔ)槽中的鹽水，用鹽水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量供給鹽水過濾器，濾掉水中的固體懸浮物，過濾后的鹽水被送往過濾鹽水儲(chǔ)槽加入鹽酸中和，由于鹽水中含有游離氯影響過濾元件及二次精致的樹脂，必須除掉游離氯，因此加入亞硫酸鈉溶液，同時(shí)用ORP監(jiān)控游離氯的百分濃度。

2.3 樹脂塔工藝

從鹽水過濾器來的過濾鹽水進(jìn)入離子交換樹脂塔內(nèi)，三臺(tái)離子交換樹脂塔T-2001A/B/C交換使用，兩臺(tái)離子交換塔串聯(lián)運(yùn)行，另一臺(tái)在線外進(jìn)行樹脂再生，進(jìn)行一定周期后，主塔停下來再生樹脂，第二塔切換主塔，而再生好的處于等候狀態(tài)的塔作為第二塔，與此同時(shí)切換下來的已經(jīng)吸附了大量多價(jià)陽(yáng)離子的離子交換塔，用鹽酸和堿液進(jìn)行再生。

2.4 電解槽工藝

由二次鹽水送來的合格精鹽水，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)往陽(yáng)極加入一定量的鹽水，鹽水經(jīng)下降管進(jìn)入總管，分別進(jìn)入各陽(yáng)極室電解。電解后的淡鹽水，進(jìn)入陽(yáng)極氣液分離器，氯氣進(jìn)氯氣總管。淡鹽水一少部流出進(jìn)淡鹽水罐，大部經(jīng)下降管與精鹽混合，進(jìn)入陽(yáng)極室繼續(xù)電解。陰極室加入純水，經(jīng)下降管進(jìn)入下部總管，分別進(jìn)入各陰極室，經(jīng)電解后與陽(yáng)極室遷移過來的鈉離子生成堿進(jìn)入氣液分離器，氫氣進(jìn)入氫氣總管，堿液經(jīng)滴斷器進(jìn)入成品堿管，大部分與純水混合后經(jīng)下降管進(jìn)入陰極室，繼續(xù)電解。

3 系統(tǒng)配制

3.1 系統(tǒng)配制圖

本離子膜裝置控制系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的DCS控制系統(tǒng)完成，配置兩臺(tái)控制站，3臺(tái)操作站和1套UPS電源和配電柜、及打印機(jī)、通訊總線。如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)配置說明

本項(xiàng)目共有2個(gè)DCS機(jī)柜，命名為FCS1、FCS2。3個(gè)操作員站，命名為 OP1、OP2、OP3，其中一臺(tái)兼工程師站（ENG）。

控制站的分配：一次鹽水與氯氫處理的測(cè)點(diǎn)分配在1?？刂普緝?nèi)；二次鹽水與電解分配在2?？刂普緝?nèi)。

服務(wù)站主要負(fù)責(zé)對(duì)域內(nèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視，包括：報(bào)警、日志、等事件的捕捉和記錄管理，并為域內(nèi)其他各站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求（包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)件信息和歷史記錄）提供服務(wù)和為其他域的數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)。

工程師站（由操作員站兼任）完成組態(tài)修改及下裝，包括：數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形、控制算法、報(bào)表的組態(tài)、參數(shù)配置、操作員站、服務(wù)站、現(xiàn)場(chǎng)控制站及過程I/O模塊的配置組態(tài)，數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。

操作員站進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和管理，包括：工藝流程圖顯示、報(bào)表打印、控制操作、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警管理等。

現(xiàn)場(chǎng)控制站又稱I/O站，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過程控制的重要站點(diǎn)，主要完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制和聯(lián)鎖算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到系統(tǒng)服務(wù)器等功能。

現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控單元、智能I/O單元、電源單元和專用機(jī)柜四部分組成，在主控單元和智能I/O單元上，分別固化了實(shí)時(shí)控制軟件和I/O單元運(yùn)行軟件。

現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部采用了分布式的結(jié)構(gòu)，與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接的是現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）與各個(gè)智能I/O單元實(shí)現(xiàn)連接。

系統(tǒng)采用FM1系列I/O模塊及DP主站組成現(xiàn)成控制站，采用ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，構(gòu)成先進(jìn)的、可靠的DCS分布式控制系統(tǒng)。I/O模塊和底座組成現(xiàn)場(chǎng)模塊單元（FMU），在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中成為DP從站?，F(xiàn)場(chǎng)控制站主要由I/O模塊、底座、電源模塊、終端匹配器、DP主站接口卡組成。

3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)二個(gè)層次，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、打印服務(wù)站，現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連，控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過程I/O模塊的通訊。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用可靠性高的雙冗余結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時(shí)可以保證在任何一條網(wǎng)絡(luò)失效的情況下都不影響系統(tǒng)通信。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，中央節(jié)點(diǎn)為服務(wù)器。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(SNET)由100M工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成，用于工程師站、操作站、系統(tǒng)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通信控制站的連接，完成現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站的數(shù)據(jù)下裝，服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。

控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)由PROFIBUS-DP總線構(gòu)成，用來實(shí)現(xiàn)過程I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元的通信，完成實(shí)時(shí)輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送。PROFIBUS-DP是專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與在設(shè)備級(jí)分散I/O之間進(jìn)行通訊而設(shè)計(jì)的。既可滿足高速傳輸，又有簡(jiǎn)單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

和利時(shí)公司的DCS系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外不同規(guī)模離子膜燒堿裝置上都有多套成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，特別是在在大型氯堿工業(yè)裝置上的成功應(yīng)用，打破了國(guó)外DCS系統(tǒng)在該行業(yè)長(zhǎng)期的壟斷局面，通過項(xiàng)目的實(shí)施實(shí)現(xiàn)離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置的全部國(guó)產(chǎn)化，對(duì)我國(guó)氯堿行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。

[1]孟昭仁.氯堿工業(yè)離子膜和電槽的進(jìn)展[J].化學(xué)世界，2001，（3）.

[2]郭洪榮.DCS控制系統(tǒng)在焦化生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（16）.

[3]李賀奇.離子膜燒堿生產(chǎn)中的鹽水精制工藝[J].中國(guó)氯堿，2006，（11）.