离子膜烧碱中ECS-100系统的应用

2011-01-16万德寿喻振海

中国氯碱 2011年10期

关键词：电解槽氯气调节阀

万德寿，喻振海，周彪

（武汉祥龙电业有限公司，湖北武汉 430078）

离子膜烧碱中ECS-100系统的应用

万德寿，喻振海，周彪

（武汉祥龙电业有限公司，湖北武汉 430078）

介绍了浙江中控ECS-100 DCS控制系统在10万t/a离子膜烧碱中的应用情况。

ECS-100 DCS系统；离子膜烧碱；控制方案；变频器应用；工艺连锁

1 离子膜工艺概述及DCS系统配置

武汉祥龙电业公司10万t/a离子膜工程引进英国INEOS TECHNOLOGIES电解槽，一次盐水精制采用颇尔ZF膜过滤器，膜法脱硝采用凯膜特种分离技术（上海）有限公司CIM膜法脱硝装置，氯压机是由杭州求是透平机制造有限公司提供。从2010年4月初步设计审查通过到2011年3月安装完成，正式开车时间为11个月，总投资约1.7亿元，一次开车成功。

1.1 DCS接地要求

DCS系统接地可分为保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地等。

（1）保护接地（也称安全接地）是为人身安全和电气设备安全而设置的。凡是控制系统机柜，操作台，仪表柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如绝缘破坏等）而有可能带危险电压者，均应作保护接地。

（2）工作接地是指仪表信号回路接地和屏蔽接地。仪表工作接地原则为单点接地，信号回路中应避免产生接地回路。

（3）控制室和机柜间采用防静电地板。

1.2 供电系统

系统供电为双路供电，见图1。一路UPS电源供电，一路直接AC22V供电，2路电源来自2个独立的电源系统，这样，可保证DCS系统不会因某一电源出故障而造成断电。

1.3 DCS系统构成

DCS系统由主站、远程控制站1和远程控制站2组成。

主站DCS系统主要负责电解工序、二次盐水工序、脱氯系统、氯气、氢气、废气处理及槽电压检测。氯压机PLC控制系统经Modbus RTU协议RS-485通讯，在DCS系统显示。远程控制站1主要负责一次盐水和液氯工序。膜法脱硝、颇尔过滤PLC控制系统经Modbus RTU协议RS485通讯进入DCS系统。远程控制站2负责盐酸系统。主站与远程控制站1、远程控制站2通过光纤实现通讯。

2 槽电压检测

电解槽检测采用日本M-SYSTEM爱模系统原装，型号为M5VS-0A-R。每3个电解槽为1组进行槽电压检测，每1组电解槽由150个单元槽组成，则有50个槽电压检测信号隔离变换器。4组电解槽共有200个槽电压检测信号隔离变换器，槽电压通过M5VS-0A-R转换为4～20MA进入DCS系统显示，并进行报警连锁。3个单元槽进行检测既能满足槽电压检测要求，又节约投资，是非常合理的配置。

3 主要回路的控制方案

3.1 进电解槽盐水、碱温度、流量控制及盐水进酸控制

进槽盐水和碱液流量、温度是电解的重要控制指标，直接影响电解电流值的大小。盐水流量和碱液流量一定要匹配，温度要对应。只有严格按照电解负荷电流表进行控制，才能保证电解效率、电解液的浓度和产量，保证离子膜的安全稳定生产。避免在电解过程中，盐水浓度低导致OH-反渗透速度增加，使阳极电流效率下降。

由上述要求得出，根据当时电解槽电流值调整单回路调节器给定值，分别由单回路调节系统调节进槽盐水温度和碱液温度，同样根据当时电解槽电流值给定FIC-221A调节系统调节进槽盐水流量和给定FIC-223A调节系统调节碱液流量。与此同时，通过FIC-222A调节系统调节盐酸进盐水的量，有效控制进槽盐水的pH值。

3.2 单槽氯气、氢气压力控制

单组电解槽在开、停车过程中，废氯气、废氢气压力控制是至关重要的，直接关系到离子膜的使用寿命及电解槽的安全稳定运行。主控压力是废氯气，废氢气是随动的。PIC-222A为废氯气单回压力调节系统，废氢气调节系统PDIC-223A是随动调节系统，SV=PI-222A+DP。在正常情况下，保证废氢气PI-221A的压力始终高于废氯气PT-222A的压力，△P为操作给定值,这样，能保证离子膜贴在阳极上，尽量减小膜与阳极的距离，因为阳极液的电阻比阴极液电阻大，阳极比阴极光滑，压差过大，又会使离子膜及阳极受伤害。在开停车或出现问题时，压差要维持在4.0~-1.4 kPa。超过这个范围就有可能损坏电解槽，所以，要进行连锁保护。

在正常生产过程中，单槽生产出的氯气通过HV-202A进入氯气总管，由氯气总管实现压力调节，废氯气调节阀PCV-222A关闭。同理，单槽生产出的氢气通过HV-201A进入氢气总管，由氢气总管实现压力调节，废氢气调节阀PCV-223A关闭。

3.3 电解槽出口总管氯气、氢气压差控制

氢气系统分2路，一路为纯氢气去氢处理系统；另一路为废氢气系统，直接放空。氯气系统分2路，一路为纯氯进氯压机系统，另一路为废氯进废氯处理系统。

在电解系统刚开车时，系统生产的氢气、氯气进入废气系统。系统生产正常，分析合格后，进入正常的氢气、氯气系统，如果系统出现问题或连锁跳车后，进入废气处理系统。

与前述单槽压差控制要求一样，电解槽出口总管氯气、氢气压差控制是为了控制阴极室和阳极压差为1.5 kPa。

在电解系统刚开车或系统的不正常处理过程中，系统生产的氢气、氯气为废气，进入废气系统，PIC-225B控制系统通过PV-225B控制废氯气压力，PDIC-226B调节系统通过PdV-226B随动控制废氢气压力，随动调节器给定值SV=PT-225A+1.5 kPa。

系统生产正常，分析合格后进入正常的氢气、氯气系统，PIC-225A控制系统通过PV-225A控制氯气压力，PDIC-226A调节系统通过PdV-226A随动控制氢气压力，随动调节器给定值SV=PT-225A+1.5kPa

通过以上控制系统，保证氢气氯气压差稳定在1.5 kPa。

为了保证氯气总管压力和氢气总管压力的可靠性，氯气总管压力和氢气总管压力采用双套压力变送器测量，一套参入控制，另一套进行监控，并能切换使用。

3.4 变频器的应用

离子膜工程应用变频器，成功实现了液位、压力、流量控制，既节约了能源，又避免了大口径波纹管防腐调节阀耐压差能力弱的缺点，控制效果非常好。

3.4.1 变频器流量控制

一次盐水前反应桶向加压溶气罐送盐水、原设计控制方案为总管流量通过FIC-114控制总管流量调节阀FV-114进行节流调节，进入加压溶气罐分为2路，由FIC-105a和FIC-105b进行流量控制。由于加压泵压力大，FV-105a、FV-105b选用的是波纹管防腐调节阀。由于设计数据有误，在调节阀上产生的压差超出了调节阀允许压差范围，调节阀上产生了大的振动，调节阀很快就出现了波纹管破、阀杆断的情况，流量无法控制。采用变频器控制，以总管流量FIC-114a/FIC-114b分别控制机泵A/机泵B的运转速度，根据生产要求改变总管流量，流量控制平稳，泵压明显下降，节电明显。由于总管流量稳定，将FV-105a、FV-105b换为手阀，改动后，简化了控制系统，控制效果好，生产平稳且无故障。

3.4.2 变频器压力控制

阴极液泵出口压力通过PIC-228A/PIC-228B控制回路进行变频器控制，稳定了泵P206A/B出口压力，系统平衡，生产稳定。由于泵出口压力控制稳定，阴极液槽液位控制系统LIC-221很容易控制。

3.4.3 变频器液位控制

一般的阳极液贮槽液位是由气动薄膜调节阀控制，由于阳极液流量大，调节阀口径必须大，气动薄膜调节阀耐压差小，容易损坏。用变频器控制很容易解决这一问题，而且节能。LIC-231a/LIC-231b控制回路实现了通过液位LT-231、变频器控制阳极贮槽液位的目的。原液位调节阀改为HV-231进行遥控辅助控制。在脱氯塔液位LIC-233控制系统中，将原调节阀控制液位的方法改为变频器控制,原LV-233改为HV-233进行遥控辅助控制，取得了同样的效果。

4 电解连锁控制方案

电解槽的连锁分为单槽停车和电解槽全停。电解槽公共连锁条件中任一条件成立，所有电解槽全停机;单台电解槽连锁条件中任一条件成立时，该电解槽停车。电解槽的公共连锁条件见图2。

总管氢气压力 PT-224A/B＞PT-224A/B HHset（操作设定）

总管氯气压力PT-225A/B＞PT-225A/B HHset（操作设定）；

总管氯氢气压差 PdT-226A/B＞PdT-226A/B HHset（操作设定）；

精盐水泵P201A/B全停；

阴极泵P206A/B全停；

氯压机全停；

氢压机全停；

阳极液 LT-231＞LT-231 Hset（操作设定）；

阴极液 LT-221＞LT-221 HHset（操作设定）；

精盐水高位槽LT-215＜LT-215 LLset（操作设定）；

碱液高位槽 LT-226＜LT-226 LLset（操作设定）；

仪表空气 PISA-205＜PISA-205 Lset（操作设定）；

紧急停车按钮。

公共连锁条件成立，所有电解槽全停；个别回路需要检修时可临时切除连锁。

电解槽全停并作如下相应处理：

关PV-225A、PV-225A2,开PV-225B；关PV-226A、PV-226A2，设置氯氢差压 2.00 kPa，开 PdV-226B，保持氯氢差压 2.00 kPa。关 LV-221，KV-223，开 KV-224，开 HV-222，关 FV-224，停氢压机。

单台电解槽连锁停车条件（以A槽为例，其他槽与A槽相同）：

E201A整流电流＞HHset(操作设定)；

E201A整流电压＞HHset(操作设定)；

E201A氢气压力PT-221A＞HHset(操作设定)；

E201A氯气压力PT-222A＞HHset(操作设定)；

E201A氯氢差压PdT-223A＞HHset(操作设定)；

E201A氯氢差压PdT-223A＜LLset(操作设定)；

盐水流量 FT-221A＜FT-221A LLset(操作设定)；

碱液流量 FT-223A＜FT-223A LLset(操作设定)；

E201A整流电流＞设定值且HV-201A或HV-202A没有打开（阀门开位置信号未收到）；

E201A整流器停；

E201A整流器紧急停车。

以上条件有1条达到，停E201A组整流器，同时作以下相应处理：关氢气切断阀HV-201A,氯气切断阀HV-202A,盐酸切断阀KV-221A；开氮气切断阀KV-206A,空气切断阀KV-207A；设置PIC-222A给定值为15.82 kPa,PDIC-223A给定值为2.5 kPa，投入自控，保持氯氢压差为2.5 kPa；关闭盐酸调节阀FV-222A。单台电解槽连锁停车结果E201B、E201C、E201D与E201A同样。

为了保证正常、安全生产，对一些工艺参数控制必须进行连锁。

为了保证螯合树脂性能和安全，通过板换加热盐水。如果温度太高，会使螯合树脂性能和安全受到影响，必须进行工艺连锁。当板换出口盐水温度超过操作设定温度后，自动关闭加热阀。具体如下：

TT-104＞TT-104 HHset(操作设定值)关闭加热阀TV-104；

TT-232＞TT-232 HHset(操作设定值)关闭加热阀TV-232；

TT-212＞TT-212 HHset(操作设定值)关闭加热阀TV-212A；

TT-213＞TT-213 HHset(操作设定值)关闭加热阀TV-213A；

TT-224＞TT-224 HHset(操作设定值)关闭加热阀TV-224B；

如果废氢气放空管出口温度过高，可能是出口处起火，要开蒸汽阀进行灭火；

TT-250＞TT-250 HHset(操作设定值)开蒸汽阀HV250。

单槽工艺连锁（以A槽为例，其他槽一样），盐水供应系统发生故障或全系统故障停车而使进槽盐水流量小于设定值时，开KV-208A,关FV-221A.确保在电解停车时有足够的盐水对电槽进行置换。

同样，因碱液供应系统发生故障或全系统故障停车而使进槽碱液流量小于设定的最低流量时，开KV-209A,关FV-223A，确保在电解停车时有足够的碱液对电槽进行置换。其他工艺连锁略。