DCS控制系统在离子膜烧碱装置中的应用

刘 艳，孟 杰

（唐山科技职业技术学院，河北 唐山 063000）

1 控制系统装置简介

离子膜烧碱装置主要分为盐水精制生产和电解槽电解两大部分。

1.1 盐水精制生产部分

盐水质量是离子膜电解正常生产的一个关键问题，盐水质量不仅影响离子膜的使用寿命，而且是能否在高电流密度运行时得到高电流效率的至关重要的因素，因此在一次精制盐水的基础上用离子膜交换树脂对盐水进行二次精制，以除掉盐水中的Ca++、Mg++和其他多价阳离子，来符合离子膜工艺的盐水精制质量要求。

1.2 电解槽电解部分

离子交换膜食盐电解法，就是利用阳离子交换膜把电解槽分为阳极室和阴极室，然后向阳极室提供盐水，向阴极室提供纯水，而进行电解的方法。

2 工艺流程

2.1 工艺简介

图1 工艺流程图

离子膜装置，主要由一次盐水，二次盐水，电解工段等组成。固体盐皮带输送机，送入化盐桶，化盐水来自配水罐，粗盐水溢流至反应罐，并加入精致剂反应，反应后的粗盐水流至沉降器，沉降后的盐水溢流至沙滤器进行过滤，合格的精盐水溢流至精盐水储罐，然后用精盐水泵送至二次盐水工序。工艺流程图如图1所示：

2.2 盐水过滤工艺

一次盐水储槽中的盐水，用盐水流量调节阀调节流量供给盐水过滤器，滤掉水中的固体悬浮物，过滤后的盐水被送往过滤盐水储槽加入盐酸中和，由于盐水中含有游离氯影响过滤元件及二次精致的树脂，必须除掉游离氯，因此加入亚硫酸钠溶液，同时用ORP监控游离氯的百分浓度。

2.3 树脂塔工艺

从盐水过滤器来的过滤盐水进入离子交换树脂塔内，三台离子交换树脂塔T-2001A/B/C交换使用，两台离子交换塔串联运行，另一台在线外进行树脂再生，进行一定周期后，主塔停下来再生树脂，第二塔切换主塔，而再生好的处于等候状态的塔作为第二塔，与此同时切换下来的已经吸附了大量多价阳离子的离子交换塔，用盐酸和碱液进行再生。

2.4 电解槽工艺

由二次盐水送来的合格精盐水，通过转子流量计往阳极加入一定量的盐水，盐水经下降管进入总管，分别进入各阳极室电解。电解后的淡盐水，进入阳极气液分离器，氯气进氯气总管。淡盐水一少部流出进淡盐水罐，大部经下降管与精盐混合，进入阳极室继续电解。阴极室加入纯水，经下降管进入下部总管，分别进入各阴极室，经电解后与阳极室迁移过来的钠离子生成碱进入气液分离器，氢气进入氢气总管，碱液经滴断器进入成品碱管，大部分与纯水混合后经下降管进入阴极室，继续电解。

3 系统配制

3.1 系统配制图

本离子膜装置控制系统采用和利时公司的DCS控制系统完成，配置两台控制站，3台操作站和1套UPS电源和配电柜、及打印机、通讯总线。如图2所示。

图2 网络结构图

3.2 系统配置说明

本项目共有2个DCS机柜，命名为FCS1、FCS2。3个操作员站，命名为 OP1、OP2、OP3，其中一台兼工程师站（ENG）。

控制站的分配：一次盐水与氯氢处理的测点分配在1＃控制站内；二次盐水与电解分配在2＃控制站内。

服务站主要负责对域内系统数据的集中管理和监视，包括：报警、日志、等事件的捕捉和记录管理，并为域内其他各站的数据请求（包括实时数据、时件信息和历史记录）提供服务和为其他域的数据请求提供服务。

工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图形、控制算法、报表的组态、参数配置、操作员站、服务站、现场控制站及过程I/O模块的配置组态，数据下装和增量下装等。

操作员站进行生产现场的监视和管理，包括：工艺流程图显示、报表打印、控制操作、历史趋势显示、报警管理等。

现场控制站又称I/O站，是系统实现数据采集和过程控制的重要站点，主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送到系统服务器等功能。

现场控制站由主控单元、智能I/O单元、电源单元和专用机柜四部分组成，在主控单元和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软件。

现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制站的主控单元，冗余配置。主控单元通过控制网络（CNET）与各个智能I/O单元实现连接。

系统采用FM1系列I/O模块及DP主站组成现成控制站，采用ProfibusDP现场总线技术，构成先进的、可靠的DCS分布式控制系统。I/O模块和底座组成现场模块单元（FMU），在现场总线控制系统中成为DP从站。现场控制站主要由I/O模块、底座、电源模块、终端匹配器、DP主站接口卡组成。

3.3 系统网络构架

系统的网络由上到下分为、系统网络和控制网络二个层次，系统网络实现工程师站、操作员站、打印服务站，现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯。

系统网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。系统的网络的拓扑结构为星型，中央节点为服务器。

系统网络(SNET)由100M工业以太网构成，用于工程师站、操作站、系统服务器与现场控制站、通信控制站的连接，完成现场控制站、通讯控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。

控制网络(CNET)由PROFIBUS-DP总线构成，用来实现过程I/O模块与现场控制站主控单元的通信，完成实时输入、输出数据的传送。PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。

4 结语

和利时公司的DCS系统在国内外不同规模离子膜烧碱装置上都有多套成功运行的经验，特别是在在大型氯碱工业装置上的成功应用，打破了国外DCS系统在该行业长期的垄断局面，通过项目的实施实现离子膜法烧碱生产装置的全部国产化，对我国氯碱行业的发展有着深远的意义。

[1]孟昭仁.氯碱工业离子膜和电槽的进展[J].化学世界，2001，（3）.

[2]郭洪荣.DCS控制系统在焦化生产中的应用[J].科技创新导报，2009，（16）.

[3]李贺奇.离子膜烧碱生产中的盐水精制工艺[J].中国氯碱，2006，（11）.