關(guān)于改進(jìn)燒堿裝置樹脂塔再生控制的設(shè)想

管東強(qiáng)

（上海氯堿化工股份有限公司，上海 201507）

1 改進(jìn)樹脂塔再生控制的目的和方案

鹽水精制單元是離子膜法燒堿生產(chǎn)工藝的重要工序之一，該工序使用螯合樹脂和鹽水中的鈣鎂離子進(jìn)行離子交換，降低鹽水中鈣鎂離子濃度，提供合格的精鹽水供電解單元使用。運(yùn)行一段時(shí)間后，樹脂的交換容量接近飽和，必須進(jìn)行樹脂再生，以恢復(fù)交換能力，否則，樹脂無法有效降低鹽水中的鈣鎂離子含量，超標(biāo)鹽水進(jìn)入電解槽后，將使離子膜性能不可逆轉(zhuǎn)地下降，造成燒堿電耗增加，生產(chǎn)成本大幅上升。

在目前普遍采用的三塔工藝中，樹脂塔的再生周期一般固定為24 h，而樹脂塔的容量是按照電解裝置的最大負(fù)荷時(shí)所需的鹽水量來設(shè)計(jì)的，即使電解裝置不是滿負(fù)荷運(yùn)行，樹脂塔也是每隔24 h 進(jìn)行1個(gè)塔的再生，此時(shí)，樹脂塔實(shí)際處理的鹽水量并未達(dá)到設(shè)計(jì)能力，即樹脂塔的容量未被充分利用。樹脂再生需要消耗鹽酸、燒堿和純水等化學(xué)品，同時(shí)排放酸、堿性廢水，樹脂的交換容量未使用充分就進(jìn)行再生，顯然會(huì)造成樹脂和化學(xué)品的浪費(fèi)。另外，在樹脂再生過程中，隨著環(huán)境酸堿性的變化，樹脂顆粒經(jīng)歷收縮、膨脹的過程，每次再生都會(huì)造成少量樹脂破碎，并在再生過程中排出樹脂塔外。減少不必要的再生次數(shù)無疑可以延長(zhǎng)樹脂的使用壽命，減少樹脂的消耗。

目前，樹脂塔的運(yùn)行控制逐步摒棄了早期的現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制方式，轉(zhuǎn)而采用DCS 系統(tǒng)控制，再生過程的各步驟可以在系統(tǒng)中靈活設(shè)置，樹脂塔再生周期可在系統(tǒng)內(nèi)更改，但必須根據(jù)裝置負(fù)荷情況確定合適的時(shí)長(zhǎng)，且需隨負(fù)荷的變化及時(shí)調(diào)整，操作麻煩且有一定的風(fēng)險(xiǎn)，如果因疏漏或估計(jì)不足造成樹脂塔的超量運(yùn)行，反而可能使不合格鹽水進(jìn)入電槽，得不償失。因此，在實(shí)際生產(chǎn)控制中一般不會(huì)人為更改再生周期。

總之，改進(jìn)目的是充分利用樹脂容量，減少再生次數(shù)、節(jié)約成本、減少?gòu)U水排放。

改進(jìn)方案是將樹脂塔再生周期由時(shí)間控制改為處理鹽水總量控制。利用樹脂塔入口鹽水流量及累積量2個(gè)參數(shù)來控制再生開始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。原有固定24 h 周期的控制方式作為備用。

目前普遍使用的三塔工藝的控制方案分為三塔運(yùn)行（圖1）和二塔運(yùn)行（圖2）2種方式，以下分別就該2種方式的流程及改進(jìn)方法進(jìn)行說明。

三塔運(yùn)行的控制程序是：A、B 投入運(yùn)行，開始計(jì)時(shí)，同時(shí)C 塔開始再生，C 塔再生完成后，串聯(lián)到A、B 塔后面，A、B、C 3塔共同運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到24 h 后，將第一位樹脂塔A 塔切出流程，開始再生，剩余B、C 2塔運(yùn)行。切出時(shí)，時(shí)間清零，重新開始計(jì)時(shí)，A 再生結(jié)束后，立即串聯(lián)到第三位，開始B、C、A 3塔運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間滿24 h 后，進(jìn)入下一再生周期，依次循環(huán)。

改進(jìn)方案是，將再生開始條件改為樹脂塔處理鹽水累積量達(dá)到設(shè)定值時(shí)開始再生。再生開始的同時(shí)，累積量清零，重新開始累積。設(shè)定值參考樹脂塔設(shè)計(jì)處理能力。假設(shè)處理能力為Q，A、B 塔投入運(yùn)行，C 塔開始再生，進(jìn)塔鹽水量開始累積，C 塔再生完成后，A、B、C 3塔串聯(lián)運(yùn)行；鹽水累積量若小于Q，則保持A、B、C 塔運(yùn)行，直至累積量等于或大于Q時(shí)，將A 塔切出系統(tǒng)，開始再生。同時(shí)，累積量清零，重新開始累積。

在二塔運(yùn)行的方式中，始終是2塔串聯(lián)使用，其間，另一樹脂塔進(jìn)行再生，再生各步驟所需時(shí)間總和為24 h，再生完畢的樹脂塔立即切入流程成為后塔，同時(shí)，原先在用的前塔切出系統(tǒng)，開始再生。流程中的樹脂塔以A、B→B、C→C、A 的順序進(jìn)行輪換。再生步驟見表1，其中，步驟‘等待1'、‘等待2'的時(shí)間可以修改設(shè)定，不會(huì)影響再生質(zhì)量。

表1 二塔運(yùn)行方案的樹脂塔再生步驟

改進(jìn)方案是，將步驟‘鹽水置換'開始的引發(fā)條件更改為，預(yù)計(jì)剩余運(yùn)行時(shí)間小于（f+g）時(shí)，即‘等待1'的時(shí)長(zhǎng)是變動(dòng)的，其他各步驟的時(shí)間a、b、c、d、f、g保持不變。

預(yù)計(jì)剩余運(yùn)行時(shí)間T=（設(shè)定的鹽水處理量Q-已處理鹽水累積量q）/當(dāng)前鹽水流量F

滿足引發(fā)條件后，開始步驟‘鹽水置換'，在步驟‘等待2'結(jié)束后，進(jìn)行樹脂塔的切換，同時(shí)‘已處理鹽水累積量'清零，重新開始累積。和原方案相比，改變的是‘等待1'的時(shí)長(zhǎng)，不會(huì)影響樹脂再生效果。假設(shè)在再生程序中，f+g 需要4 h，鹽水總處理量設(shè)定為5 000 m3，當(dāng)前鹽水流量為200 m3/h，累積處理鹽水量為4 000 m3，則預(yù)計(jì)剩余運(yùn)行時(shí)間T=（5 000-4 000）/200=5 h，此時(shí)繼續(xù)保持“等待1”步驟，直至T 小于或等于4時(shí)，開始“鹽水置換”步驟，并在“等待2”結(jié)束后將再生好的塔切入流程。

2 故障處理

和原控制方法相比，改進(jìn)后的方案中增加的一個(gè)影響因素是進(jìn)塔鹽水的計(jì)量。流量計(jì)計(jì)量正確，才能保證再生程序正確運(yùn)行，當(dāng)流量計(jì)故障時(shí)，程序無法判斷樹脂塔開始再生的正確時(shí)機(jī)，因此，可以切換到原控制方式，按固定周期執(zhí)行樹脂再生程序。同時(shí)，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)膱?bào)警值，當(dāng)流量出現(xiàn)異常時(shí)，提醒操作人員檢查確認(rèn)。

3 效益估算

改進(jìn)后，節(jié)約的成本和樹脂塔的規(guī)模有關(guān)，單塔容量越大，再生消耗的化學(xué)品以及產(chǎn)生的廢水越多，以15萬t/a燒堿裝置的配套樹脂塔為例，單次再生成本約六千元，產(chǎn)生廢水約一百五十立方米。以年運(yùn)行8 000 h（333天）計(jì)算，采用原控制方式，1套裝置的樹脂塔每天再生1臺(tái)，全年再生333次；改為處理量控制后，假設(shè)電解全年平均負(fù)荷為80%，則樹脂塔再生次數(shù)同樣只需80%，333×0.8=266.4（次）。減少再生次數(shù)66次。

4 總結(jié)

用實(shí)際處理的鹽水量來決定樹脂塔開始再生的時(shí)間，較固定周期的再生控制方式更為合理。同時(shí)，在設(shè)定目標(biāo)鹽水處理量時(shí)，可以綜合考慮一次鹽水中的鈣、鎂控制水平，塔內(nèi)樹脂的裝填量、性能狀況等因素，設(shè)定合理的目標(biāo)處理量，從而達(dá)到既能充分利用樹脂容量，減少浪費(fèi)，又能確保出塔鹽水質(zhì)量合格的目的。