一次鹽水膜裝置優化改造運行小結

邵芳，周紅燕

（新疆天業化工有限責任公司，新疆石河子832000）

一次鹽水膜裝置優化改造運行小結

邵芳，周紅燕

（新疆天業化工有限責任公司，新疆石河子832000）

通過對原有膜法除硝裝置的工藝控制過程、安全保護裝置、膜處理運行參數、高壓泵聯鎖等生產工藝環節進行技術改進，使運行過程更加優化，提高設備生產率及利用率，有效減少操作人員配置，延長了膜裝置的使用壽命。

鹽水精制；膜分離；優化；小結

一次鹽水工藝膜裝置中，鹽水中硫酸根含量高低對離子膜的壽命有著至關重要的影響，為了延長其使用壽命，系統內硫酸根含量必須始終控制在最低，并將硫酸根以芒硝形式從系統中分離出來。新疆天業化工有限責任公司膜法除硫酸根項目自2009年擴建技改，已經運行至今，此技術代替了原有氯化鋇溶液除硫酸根的工藝技術，工藝得到了優化提升，減少了輔料消耗，并且得到產品芒硝，提高了經濟效益。膜裝置經過多年的運行，積累了豐富的經驗，在以往的運行基礎上又對自動化控制系統進行了相關技術改造及提升，使自動化控制水平得以全面適應現有生產裝置。

該工藝改造借助現有的氯堿裝置，采用高壓法工藝，即膜過濾工序。膜的操作壓力高于3 MPa，濃縮液硫酸鈉的質量濃度在80 g/L左右。但前處理工序的pH值是否穩定、膜過濾使用壽命和后續硫酸鈉的結晶堵塞等問題影響著膜裝置是否安全穩定運行，具體改造總結如下。

1 工藝改造概述

1.1 膜裝置運行過程的生產現狀

脫氯淡鹽水經過嚴格的前處理工序后，通過進料泵進入膜過濾系統（MRO）。在膜過濾單元，鹽水被分離成滲透液和濃縮液。硫酸根含量比較少的流體屬于滲透液，在低壓下從每級膜殼中脫析出來，從每個外殼出來的滲透液匯流在一起，然后回到一次鹽水系統中；濃縮液的最佳質量濃度控制在40 g/L左右，且隨著進料中硫酸鈉濃度的增大而增大。因為將排列成順序的膜殼內進行逐級過濾分離，濃縮液將通過后下一道處理工序另行處理。此裝置中使用的膜具有選擇性去除硫酸根的能力，另外，膜過濾是低壓過濾，一般運行壓力低于2 MPa。這樣的運行壓力不僅節省了高壓泵的能耗，使運行的能耗更低，而且保證了膜在較低壓力狀態下運行，對膜壽命的延長起關鍵性作用。但這種流程設計存在以下缺點。

（1）脫氯淡鹽水進高壓泵之前是切斷閥，當高壓泵開始運行前，系統中切斷閥直接打開，由高壓變頻控制高壓泵及膜裝置的壓力由此相對較為困難，壓力升高過快。

（2）高壓泵停止運行后脫氯淡鹽水逐步減少，返回淡鹽水貯槽，在這一過程中，還有一些淡鹽水陸續進入膜裝置系統中，給膜裝置造成了較高的壓力，不利于膜裝置的運行。

1.2 膜裝置的技術改造

為了使整個系統運行更加穩定，且延長膜的使用壽命，將系統中原調節閥及切斷閥位置進行相應改造，減少其在系統中的壓力阻尼，從而使高壓泵及膜裝置更加穩定地運行，改造后具有以下優勢。

（1）高壓泵運行前使用調節閥，根據泵前壓力慢慢調節，使流量緩慢增長，使膜裝置運行相對穩定。

（2）高壓泵變頻降為0后，完全打開切斷閥，使膜裝置中不再進淡鹽水。

1.3 改造前后效果對比分析

改造前后流程畫面對比分別見圖1、圖2。

圖1 改造前流程畫面

2 自動化控制系統改造

2.1 高壓泵工藝聯鎖自動化改造

4）系統設計模塊化原則：模塊化原則要求整個系統的功能均應得到清楚劃分，用戶界面也應確保簡潔易懂，為操作人員的管理及用戶的使用提供便利。

該公司于2013年將一次鹽水系統工業控制系統由原來的西門子PLC 300系統更換為橫河CS3000DCS控制系統。現CS3000系統共有2個節點單元，模擬量輸入卡件5塊，模擬量輸出卡件3塊，開關量輸入卡件2塊，開關量輸出卡件1塊，PT100卡件2塊。更改后的系統軟件和硬件點數余量較大，并且增加硬件及軟件控制點數時，在系統中操作設置都很方便。膜裝置的運行狀況除了鹽水質量外，很大程度上由高壓泵的運行狀況決定，原有高壓泵的聯鎖有10個運行參數分別會導致高壓泵狀態立即停止，在這個過程中膜裝置中的壓力由1700kPa直接變為零，導致壓力下降過快，大大影響了膜裝置的使用壽命，因此，高壓泵聯連控制改造勢在必行。

2.2 高壓泵運行控制程序的改造

此改造在本著維護高壓泵和膜裝置設備安全和各運行參數平穩變化的原則，最大程度消除隱患，減少人員手動干預操作，通過系統聯鎖實現高壓泵的自動開啟、自動停止、聯鎖跳停。通過CS3000中的ST16功能塊實現高壓泵和膜裝置的控制聯鎖。

（1）導致高壓泵跳停聯鎖在原來的基礎上增加11.12項。使聯連更加完整。

（2）高壓泵聯鎖停車由原來的變頻控制直接從75 Hz調整降為0，更改為分時段慢慢降，變頻自動調節聯連如下。

a.聯鎖停車5 s后高壓泵變頻BF-8201.PV=70；

b.聯鎖停車10 s后高壓泵變頻BF-8201.PV=60；

c.聯鎖停車15 s后高壓泵變頻BF-8201.PV=50；

e.聯鎖停車25 s后高壓泵變頻BF-8201.PV=20；

f.聯鎖停車30 s后高壓泵變頻BF-8201.PV=0。

（3）增加高壓泵的一鍵啟動和一鍵停車程序，在流程畫面上顯示為按鈕，方便人員操作。

2.3 高壓泵自動化改造前后效果分析

此項改進不僅提升了自動化水平，降低操作人員勞動強度，更重要的是在高壓泵開停車過程中系統自動緩慢調節變頻器的頻率，達到了穩定系統壓力的效果，保護了膜裝置的平穩運行，延長了裝置的使用壽命，使生產工藝過程更加安全，更加平穩高效的為企業的效益做出貢獻。改造前高壓泵跳停泵前曲線見圖3，改造后高壓泵跳停泵前曲線見圖4。

圖2 改造后流程畫面

圖3 改造前高壓泵跳停曲線

3 結語

通過此次對膜裝置的工藝管線及其聯鎖控制改造，有效解決了設備結晶堵塞、壓力控制不穩定等問題，實現了生產的連續、穩定運行。在一定程度上提高了生產裝置運行效率，改造前膜裝置的使用壽命平均為2年，改造后，由于停車過程中壓力實現了緩慢地下降，大大提高了膜裝置的使用壽命。在生產過程中只有通過不斷地積累、總結經驗，對生產工藝及裝置的不斷優化和精細化改進，才能適應市場變化，為企業帶來良好的經濟效益。

Optimization operation summary of brine membrane device

SHAO Fang，ZHOU Hong-yan
（Xinjiang Tianye Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China）

Such as the technology，the process control of original membrane，the safety protection devices，the parameters of membrane processing and high-pressure pump production have be improved.Using the optimal control scheme，the system could arrive to high efficiency and quick control effect.The membrane method was more economic.

brine refining；membrane separation；optimization；summary

圖4 改造后高壓泵跳停曲線

TQ114.26+1

：B

：1009－1785(2017)05-0009-02

2016-11-24