DCS控制系統在離子膜燒堿裝置中的應用

劉 艷，孟 杰

（唐山科技職業技術學院，河北 唐山 063000）

1 控制系統裝置簡介

離子膜燒堿裝置主要分為鹽水精制生產和電解槽電解兩大部分。

1.1 鹽水精制生產部分

鹽水質量是離子膜電解正常生產的一個關鍵問題，鹽水質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行時得到高電流效率的至關重要的因素，因此在一次精制鹽水的基礎上用離子膜交換樹脂對鹽水進行二次精制，以除掉鹽水中的Ca++、Mg++和其他多價陽離子，來符合離子膜工藝的鹽水精制質量要求。

1.2 電解槽電解部分

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

2 工藝流程

2.1 工藝簡介

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，送入化鹽桶，化鹽水來自配水罐，粗鹽水溢流至反應罐，并加入精致劑反應，反應后的粗鹽水流至沉降器，沉降后的鹽水溢流至沙濾器進行過濾，合格的精鹽水溢流至精鹽水儲罐，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

一次鹽水儲槽中的鹽水，用鹽水流量調節閥調節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，同時用ORP監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入離子交換樹脂塔內，三臺離子交換樹脂塔T-2001A/B/C交換使用，兩臺離子交換塔串聯運行，另一臺在線外進行樹脂再生，進行一定周期后，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的塔作為第二塔，與此同時切換下來的已經吸附了大量多價陽離子的離子交換塔，用鹽酸和堿液進行再生。

2.4 電解槽工藝

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

3 系統配制

3.1 系統配制圖

本離子膜裝置控制系統采用和利時公司的DCS控制系統完成，配置兩臺控制站，3臺操作站和1套UPS電源和配電柜、及打印機、通訊總線。如圖2所示。

圖2 網絡結構圖

3.2 系統配置說明

本項目共有2個DCS機柜，命名為FCS1、FCS2。3個操作員站，命名為 OP1、OP2、OP3，其中一臺兼工程師站（ENG）。

控制站的分配：一次鹽水與氯氫處理的測點分配在1＃控制站內；二次鹽水與電解分配在2＃控制站內。

服務站主要負責對域內系統數據的集中管理和監視，包括：報警、日志、等事件的捕捉和記錄管理，并為域內其他各站的數據請求（包括實時數據、時件信息和歷史記錄）提供服務和為其他域的數據請求提供服務。

工程師站（由操作員站兼任）完成組態修改及下裝，包括：數據庫、圖形、控制算法、報表的組態、參數配置、操作員站、服務站、現場控制站及過程I/O模塊的配置組態，數據下裝和增量下裝等。

操作員站進行生產現場的監視和管理，包括：工藝流程圖顯示、報表打印、控制操作、歷史趨勢顯示、報警管理等。

現場控制站又稱I/O站，是系統實現數據采集和過程控制的重要站點，主要完成數據采集、工程單位變換、控制和聯鎖算法、控制輸出、通過系統網絡將數據和診斷結果傳送到系統服務器等功能。

現場控制站由主控單元、智能I/O單元、電源單元和專用機柜四部分組成，在主控單元和智能I/O單元上，分別固化了實時控制軟件和I/O單元運行軟件。

現場控制站內部采用了分布式的結構，與系統網絡相連接的是現場控制站的主控單元，冗余配置。主控單元通過控制網絡（CNET）與各個智能I/O單元實現連接。

系統采用FM1系列I/O模塊及DP主站組成現成控制站，采用ProfibusDP現場總線技術，構成先進的、可靠的DCS分布式控制系統。I/O模塊和底座組成現場模塊單元（FMU），在現場總線控制系統中成為DP從站。現場控制站主要由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 系統網絡構架

系統的網絡由上到下分為、系統網絡和控制網絡二個層次，系統網絡實現工程師站、操作員站、打印服務站，現場控制站與系統服務器的互連，控制網絡實現現場控制站與過程I/O模塊的通訊。

系統網絡采用可靠性高的雙冗余結構，應用時可以保證在任何一條網絡失效的情況下都不影響系統通信。系統的網絡的拓撲結構為星型，中央節點為服務器。

系統網絡(SNET)由100M工業以太網構成，用于工程師站、操作站、系統服務器與現場控制站、通信控制站的連接，完成現場控制站、通訊控制站的數據下裝，服務器與現場控制站、通訊控制站之間的實時數據通訊。

控制網絡(CNET)由PROFIBUS-DP總線構成，用來實現過程I/O模塊與現場控制站主控單元的通信，完成實時輸入、輸出數據的傳送。PROFIBUS-DP是專門為自動控制系統與在設備級分散I/O之間進行通訊而設計的。既可滿足高速傳輸，又有簡單實用、經濟性強等特點。

4 結語

和利時公司的DCS系統在國內外不同規模離子膜燒堿裝置上都有多套成功運行的經驗，特別是在在大型氯堿工業裝置上的成功應用，打破了國外DCS系統在該行業長期的壟斷局面，通過項目的實施實現離子膜法燒堿生產裝置的全部國產化，對我國氯堿行業的發展有著深遠的意義。

[1]孟昭仁.氯堿工業離子膜和電槽的進展[J].化學世界，2001，（3）.

[2]郭洪榮.DCS控制系統在焦化生產中的應用[J].科技創新導報，2009，（16）.

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