关于改进烧碱装置树脂塔再生控制的设想

2014-11-22管东强

中国氯碱 2014年2期

管东强

（上海氯碱化工股份有限公司，上海 201507）

1 改进树脂塔再生控制的目的和方案

盐水精制单元是离子膜法烧碱生产工艺的重要工序之一，该工序使用螯合树脂和盐水中的钙镁离子进行离子交换，降低盐水中钙镁离子浓度，提供合格的精盐水供电解单元使用。运行一段时间后，树脂的交换容量接近饱和，必须进行树脂再生，以恢复交换能力，否则，树脂无法有效降低盐水中的钙镁离子含量，超标盐水进入电解槽后，将使离子膜性能不可逆转地下降，造成烧碱电耗增加，生产成本大幅上升。

在目前普遍采用的三塔工艺中，树脂塔的再生周期一般固定为24 h，而树脂塔的容量是按照电解装置的最大负荷时所需的盐水量来设计的，即使电解装置不是满负荷运行，树脂塔也是每隔24 h 进行1个塔的再生，此时，树脂塔实际处理的盐水量并未达到设计能力，即树脂塔的容量未被充分利用。树脂再生需要消耗盐酸、烧碱和纯水等化学品，同时排放酸、碱性废水，树脂的交换容量未使用充分就进行再生，显然会造成树脂和化学品的浪费。另外，在树脂再生过程中，随着环境酸碱性的变化，树脂颗粒经历收缩、膨胀的过程，每次再生都会造成少量树脂破碎，并在再生过程中排出树脂塔外。减少不必要的再生次数无疑可以延长树脂的使用寿命，减少树脂的消耗。

目前，树脂塔的运行控制逐步摒弃了早期的现场PLC 控制方式，转而采用DCS 系统控制，再生过程的各步骤可以在系统中灵活设置，树脂塔再生周期可在系统内更改，但必须根据装置负荷情况确定合适的时长，且需随负荷的变化及时调整，操作麻烦且有一定的风险，如果因疏漏或估计不足造成树脂塔的超量运行，反而可能使不合格盐水进入电槽，得不偿失。因此，在实际生产控制中一般不会人为更改再生周期。

总之，改进目的是充分利用树脂容量，减少再生次数、节约成本、减少废水排放。

改进方案是将树脂塔再生周期由时间控制改为处理盐水总量控制。利用树脂塔入口盐水流量及累积量2个参数来控制再生开始时间，实现自动操作。原有固定24 h 周期的控制方式作为备用。

目前普遍使用的三塔工艺的控制方案分为三塔运行（图1）和二塔运行（图2）2种方式，以下分别就该2种方式的流程及改进方法进行说明。

三塔运行的控制程序是：A、B 投入运行，开始计时，同时C 塔开始再生，C 塔再生完成后，串联到A、B 塔后面，A、B、C 3塔共同运行，当运行时间达到24 h 后，将第一位树脂塔A 塔切出流程，开始再生，剩余B、C 2塔运行。切出时，时间清零，重新开始计时，A 再生结束后，立即串联到第三位，开始B、C、A 3塔运行，运行时间满24 h 后，进入下一再生周期，依次循环。

改进方案是，将再生开始条件改为树脂塔处理盐水累积量达到设定值时开始再生。再生开始的同时，累积量清零，重新开始累积。设定值参考树脂塔设计处理能力。假设处理能力为Q，A、B 塔投入运行，C 塔开始再生，进塔盐水量开始累积，C 塔再生完成后，A、B、C 3塔串联运行；盐水累积量若小于Q，则保持A、B、C 塔运行，直至累积量等于或大于Q时，将A 塔切出系统，开始再生。同时，累积量清零，重新开始累积。

在二塔运行的方式中，始终是2塔串联使用，其间，另一树脂塔进行再生，再生各步骤所需时间总和为24 h，再生完毕的树脂塔立即切入流程成为后塔，同时，原先在用的前塔切出系统，开始再生。流程中的树脂塔以A、B→B、C→C、A 的顺序进行轮换。再生步骤见表1，其中，步骤‘等待1'、‘等待2'的时间可以修改设定，不会影响再生质量。

表1 二塔运行方案的树脂塔再生步骤

改进方案是，将步骤‘盐水置换'开始的引发条件更改为，预计剩余运行时间小于（f+g）时，即‘等待1'的时长是变动的，其他各步骤的时间a、b、c、d、f、g保持不变。

预计剩余运行时间T=（设定的盐水处理量Q-已处理盐水累积量q）/当前盐水流量F

满足引发条件后，开始步骤‘盐水置换'，在步骤‘等待2'结束后，进行树脂塔的切换，同时‘已处理盐水累积量'清零，重新开始累积。和原方案相比，改变的是‘等待1'的时长，不会影响树脂再生效果。假设在再生程序中，f+g 需要4 h，盐水总处理量设定为5 000 m3，当前盐水流量为200 m3/h，累积处理盐水量为4 000 m3，则预计剩余运行时间T=（5 000-4 000）/200=5 h，此时继续保持“等待1”步骤，直至T 小于或等于4时，开始“盐水置换”步骤，并在“等待2”结束后将再生好的塔切入流程。

2 故障处理

和原控制方法相比，改进后的方案中增加的一个影响因素是进塔盐水的计量。流量计计量正确，才能保证再生程序正确运行，当流量计故障时，程序无法判断树脂塔开始再生的正确时机，因此，可以切换到原控制方式，按固定周期执行树脂再生程序。同时，通过设置适当的报警值，当流量出现异常时，提醒操作人员检查确认。

3 效益估算

改进后，节约的成本和树脂塔的规模有关，单塔容量越大，再生消耗的化学品以及产生的废水越多，以15万t/a烧碱装置的配套树脂塔为例，单次再生成本约六千元，产生废水约一百五十立方米。以年运行8 000 h（333天）计算，采用原控制方式，1套装置的树脂塔每天再生1台，全年再生333次；改为处理量控制后，假设电解全年平均负荷为80%，则树脂塔再生次数同样只需80%，333×0.8=266.4（次）。减少再生次数66次。