離子膜燒堿中ECS-100系統的應用

萬德壽，喻振海，周 彪

（武漢祥龍電業有限公司，湖北 武漢 430078）

離子膜燒堿中ECS-100系統的應用

萬德壽，喻振海，周 彪

（武漢祥龍電業有限公司，湖北 武漢 430078）

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

ECS-100 DCS系統；離子膜燒堿；控制方案；變頻器應用；工藝連鎖

1 離子膜工藝概述及DCS系統配置

武漢祥龍電業公司10萬t/a離子膜工程引進英國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（上海）有限公司CIM膜法脫硝裝置，氯壓機是由杭州求是透平機制造有限公司提供。從2010年4月初步設計審查通過到2011年3月安裝完成，正式開車時間為11個月，總投資約1.7億元，一次開車成功。

1.1 DCS接地要求

DCS系統接地可分為保護接地、工作接地、本安系統接地、防靜電接地等。

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

（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接地，信號回路中應避免產生接地回路。

（3）控制室和機柜間采用防靜電地板。

1.2 供電系統

系統供電為雙路供電，見圖1。一路UPS電源供電，一路直接AC22V供電，2路電源來自2個獨立的電源系統，這樣，可保證DCS系統不會因某一電源出故障而造成斷電。

1.3 DCS系統構成

DCS系統由主站、遠程控制站1和遠程控制站2組成。

主站DCS系統主要負責電解工序、二次鹽水工序、脫氯系統、氯氣、氫氣、廢氣處理及槽電壓檢測。氯壓機PLC控制系統經Modbus RTU協議RS-485通訊，在DCS系統顯示。遠程控制站1主要負責一次鹽水和液氯工序。膜法脫硝、頗爾過濾PLC控制系統經Modbus RTU協議RS485通訊進入DCS系統。遠程控制站2負責鹽酸系統。主站與遠程控制站1、遠程控制站2通過光纖實現通訊。

2 槽電壓檢測

電解槽檢測采用日本M-SYSTEM愛模系統原裝，型號為M5VS-0A-R。每3個電解槽為1組進行槽電壓檢測，每1組電解槽由150個單元槽組成，則有50個槽電壓檢測信號隔離變換器。4組電解槽共有200個槽電壓檢測信號隔離變換器，槽電壓通過M5VS-0A-R轉換為4～20MA進入DCS系統顯示，并進行報警連鎖。3個單元槽進行檢測既能滿足槽電壓檢測要求，又節約投資，是非常合理的配置。

3 主要回路的控制方案

3.1 進電解槽鹽水、堿溫度、流量控制及鹽水進酸控制

進槽鹽水和堿液流量、溫度是電解的重要控制指標，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。只有嚴格按照電解負荷電流表進行控制，才能保證電解效率、電解液的濃度和產量，保證離子膜的安全穩定生產。避免在電解過程中，鹽水濃度低導致OH-反滲透速度增加，使陽極電流效率下降。

由上述要求得出，根據當時電解槽電流值調整單回路調節器給定值，分別由單回路調節系統調節進槽鹽水溫度和堿液溫度，同樣根據當時電解槽電流值給定FIC-221A調節系統調節進槽鹽水流量和給定FIC-223A調節系統調節堿液流量。與此同時，通過FIC-222A調節系統調節鹽酸進鹽水的量，有效控制進槽鹽水的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重要的，直接關系到離子膜的使用壽命及電解槽的安全穩定運行。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節系統，廢氫氣調節系統PDIC-223A是隨動調節系統，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，因為陽極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。在開停車或出現問題時，壓差要維持在4.0~-1.4 kPa。超過這個范圍就有可能損壞電解槽，所以，要進行連鎖保護。

在正常生產過程中，單槽生產出的氯氣通過HV-202A進入氯氣總管，由氯氣總管實現壓力調節，廢氯氣調節閥PCV-222A關閉。同理，單槽生產出的氫氣通過HV-201A進入氫氣總管，由氫氣總管實現壓力調節，廢氫氣調節閥PCV-223A關閉。

3.3 電解槽出口總管氯氣、氫氣壓差控制

氫氣系統分2路，一路為純氫氣去氫處理系統；另一路為廢氫氣系統，直接放空。氯氣系統分2路，一路為純氯進氯壓機系統，另一路為廢氯進廢氯處理系統。

在電解系統剛開車時，系統生產的氫氣、氯氣進入廢氣系統。系統生產正常，分析合格后，進入正常的氫氣、氯氣系統，如果系統出現問題或連鎖跳車后，進入廢氣處理系統。

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。

在電解系統剛開車或系統的不正常處理過程中，系統生產的氫氣、氯氣為廢氣，進入廢氣系統，PIC-225B控制系統通過PV-225B控制廢氯氣壓力，PDIC-226B調節系統通過PdV-226B隨動控制廢氫氣壓力，隨動調節器給定值SV=PT-225A+1.5 kPa。

系統生產正常，分析合格后進入正常的氫氣、氯氣系統，PIC-225A控制系統通過PV-225A控制氯氣壓力，PDIC-226A調節系統通過PdV-226A隨動控制氫氣壓力，隨動調節器給定值SV=PT-225A+1.5kPa

通過以上控制系統，保證氫氣氯氣壓差穩定在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，另一套進行監控，并能切換使用。

3.4 變頻器的應用

離子膜工程應用變頻器，成功實現了液位、壓力、流量控制，既節約了能源，又避免了大口徑波紋管防腐調節閥耐壓差能力弱的缺點，控制效果非常好。

3.4.1 變頻器流量控制

一次鹽水前反應桶向加壓溶氣罐送鹽水、原設計控制方案為總管流量通過FIC-114控制總管流量調節閥FV-114進行節流調節，進入加壓溶氣罐分為2路，由FIC-105a和FIC-105b進行流量控制。由于加壓泵壓力大，FV-105a、FV-105b選用的是波紋管防腐調節閥。由于設計數據有誤，在調節閥上產生的壓差超出了調節閥允許壓差范圍，調節閥上產生了大的振動，調節閥很快就出現了波紋管破、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分別控制機泵A/機泵B的運轉速度，根據生產要求改變總管流量，流量控制平穩，泵壓明顯下降，節電明顯。由于總管流量穩定，將FV-105a、FV-105b換為手閥，改動后，簡化了控制系統，控制效果好，生產平穩且無故障。

3.4.2 變頻器壓力控制

陰極液泵出口壓力通過PIC-228A/PIC-228B控制回路進行變頻器控制，穩定了泵P206A/B出口壓力，系統平衡，生產穩定。由于泵出口壓力控制穩定，陰極液槽液位控制系統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節閥控制，由于陽極液流量大，調節閥口徑必須大，氣動薄膜調節閥耐壓差小，容易損壞。用變頻器控制很容易解決這一問題，而且節能。LIC-231a/LIC-231b控制回路實現了通過液位LT-231、變頻器控制陽極貯槽液位的目的。原液位調節閥改為HV-231進行遙控輔助控制。在脫氯塔液位LIC-233控制系統中，將原調節閥控制液位的方法改為變頻器控制,原LV-233改為HV-233進行遙控輔助控制，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;單臺電解槽連鎖條件中任一條件成立時，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（操作設定）

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

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

精鹽水泵P201A/B全停；

陰極泵P206A/B全停；

氯壓機全停；

氫壓機全停；

陽極液 LT-231＞LT-231 Hset（操作設定）；

陰極液 LT-221＞LT-221 HHset（操作設定）；

精鹽水高位槽LT-215＜LT-215 LLset（操作設定）；

堿液高位槽 LT-226＜LT-226 LLset（操作設定）；

儀表空氣 PISA-205＜PISA-205 Lset（操作設定）；

緊急停車按鈕。

公共連鎖條件成立，所有電解槽全停；個別回路需要檢修時可臨時切除連鎖。

電解槽全停并作如下相應處理：

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

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(操作設定)；

E201A整流電壓＞HHset(操作設定)；

E201A氫氣壓力PT-221A＞HHset(操作設定)；

E201A氯氣壓力PT-222A＞HHset(操作設定)；

E201A氯氫差壓PdT-223A＞HHset(操作設定)；

E201A氯氫差壓PdT-223A＜LLset(操作設定)；

鹽水流量 FT-221A＜FT-221A LLset(操作設定)；

堿液流量 FT-223A＜FT-223A LLset(操作設定)；

E201A整流電流＞設定值且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條達到，停E201A組整流器，同時作以下相應處理：關氫氣切斷閥HV-201A,氯氣切斷閥HV-202A,鹽酸切斷閥KV-221A；開氮氣切斷閥KV-206A,空氣切斷閥KV-207A；設置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；關閉鹽酸調節閥FV-222A。單臺電解槽連鎖停車結果E201B、E201C、E201D與E201A同樣。

為了保證正常、安全生產，對一些工藝參數控制必須進行連鎖。

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，必須進行工藝連鎖。當板換出口鹽水溫度超過操作設定溫度后，自動關閉加熱閥。具體如下：

TT-104＞TT-104 HHset(操作設定值)關閉加熱閥TV-104；

TT-232＞TT-232 HHset(操作設定值)關閉加熱閥TV-232；

TT-212＞TT-212 HHset(操作設定值)關閉加熱閥TV-212A；

TT-213＞TT-213 HHset(操作設定值)關閉加熱閥TV-213A；

TT-224＞TT-224 HHset(操作設定值)關閉加熱閥TV-224B；

如果廢氫氣放空管出口溫度過高，可能是出口處起火，要開蒸汽閥進行滅火；

TT-250＞TT-250 HHset(操作設定值)開蒸汽閥HV250。

單槽工藝連鎖（以A槽為例，其他槽一樣），鹽水供應系統發生故障或全系統故障停車而使進槽鹽水流量小于設定值時，開KV-208A,關FV-221A.確保在電解停車時有足夠的鹽水對電槽進行置換。

同樣，因堿液供應系統發生故障或全系統故障停車而使進槽堿液流量小于設定的最低流量時，開KV-209A,關FV-223A，確保在電解停車時有足夠的堿液對電槽進行置換。其他工藝連鎖略。

5 結語

10萬t/a離子膜應用ECS-100系統非常成功，從控制方案到系統的穩定性都達到國內一流水平。離子膜的成功開車為下一步的生產和發展奠定了堅實的基礎。

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