隔膜堿蒸發(fā)調(diào)優(yōu)總結(jié)

樊啟彪，胡正華

（武漢祥龍電業(yè)股份有限公司，湖北武漢430078）

隔膜堿蒸發(fā)調(diào)優(yōu)總結(jié)

樊啟彪，胡正華

（武漢祥龍電業(yè)股份有限公司，湖北武漢430078）

闡述了COPSYS技術(shù)在隔膜堿蒸發(fā)中的應(yīng)用。總結(jié)了蒸發(fā)工藝操作的調(diào)優(yōu)工作，對調(diào)優(yōu)前后的運行效果、產(chǎn)能、節(jié)能等方面進行了對比。

隔膜法燒堿；蒸發(fā)；逆向采鹽；DCS；COPSYS

武漢祥龍電業(yè)股份有限公司目前隔膜燒堿生產(chǎn)能力為10萬t/a 100%NaOH，共有蒸發(fā)裝置3套，裝置始建于20世紀(jì)80年代初。由于在設(shè)備、生產(chǎn)工藝、自動化控制、操作習(xí)慣上存在一些問題，使得蒸發(fā)生產(chǎn)強度低、消耗高、工人勞動強度大。為了解決這些問題，在隔膜堿蒸發(fā)工序采用COPSYS技術(shù)，并對蒸發(fā)工藝、操作進行調(diào)優(yōu)。

1 蒸發(fā)工序改造前的工藝狀況

該公司10萬t/a隔膜堿蒸發(fā)采用3套三效順流部分強制循環(huán)工藝，單（Ⅲ）效采鹽，蒸發(fā)器加熱面積為600m2/組，（三效均等，都為200m2）。Ⅰ效采用自然循環(huán)，Ⅱ、Ⅲ效采用強制循環(huán)，Ⅰ過Ⅱ、Ⅱ過Ⅲ靠壓差過料，Ⅲ效向外采鹽。Ⅲ效物料經(jīng)采鹽泵、分離器鹽堿分離后，鹽漿進入鹽高位槽，清堿液在達到出堿濃度時，送至濃堿中間槽，不合格時則回到Ⅲ效，濃堿中間槽堿經(jīng)冷卻沉清后分出的鹽及濃堿中間槽底部排出的鹽均進入鹽高位槽，經(jīng)離心機加料泵和旋液分離器增稠后，鹽漿進離心機，清液又回到鹽高位槽。

改造前的工藝存在以下幾個問題。

（1）蒸發(fā)生產(chǎn)的自動化水平不高，控制系統(tǒng)采用某公司PLC，所配置的功能簡單，操作人員勞動強度大，如出堿濃度和出堿量由于無自動檢測，全靠不定時手工檢測，然后手工調(diào)節(jié)出堿閥，檢測和調(diào)節(jié)不及時造成出堿濃度不穩(wěn)定，出高了，配堿時加水，汽耗上升；出低了，則堿不合格。

（2）由于Ⅱ效過Ⅲ效是壓差過料，過料時受壓差所限，易造成過料管堵塞，堵塞后加水洗又會造成汽耗上升。

（3）Ⅲ效采鹽存在以下不足：一是三效蒸發(fā)器鹽顆粒細，不利于后續(xù)工序的鹽沉降及離心機分離；二是采出的鹽中堿濃度高（與Ⅱ效比），這部分堿變成母液后又變成稀堿造成汽耗上升；三是進入回收鹽水后造成回收鹽水含堿高。

（4）鹽后處理工藝不合理。Ⅲ效分出的鹽進入鹽高位槽，濃堿沉清槽分離出的鹽也進入鹽高位槽，然后再經(jīng)離心機加料泵經(jīng)旋液分離器后，增稠液進離心機，清液又回到鹽高位槽，高位槽的鹽泥會越來越清，在離心機能力大于系統(tǒng)分鹽能力時，離心機進的必定全是清液，這段時間內(nèi)，離心機會出現(xiàn)振動及回收鹽水含堿極高的不正常情況。母液直接進電解液儲槽，也會形成電解液含鹽升高，也就是說，經(jīng)過Ⅲ效分離器從系統(tǒng)分離出的一部分鹽經(jīng)母液、電解液儲槽，再經(jīng)Ⅰ效蒸發(fā)器加料泵又回蒸發(fā)系統(tǒng)，其結(jié)果是系統(tǒng)鹽量增加，蒸發(fā)器結(jié)鹽加快，生產(chǎn)強度下降。

2 改造內(nèi)容

2.1 采用COPSYS優(yōu)化控制系統(tǒng)代替原有PLC系統(tǒng)

采用COPSYS優(yōu)化控制系統(tǒng)不僅加大了蒸發(fā)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)檢測量，同時充分利用這些數(shù)據(jù)建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對蒸發(fā)生產(chǎn)過程進行分析、控制和處理，極大地提高蒸發(fā)的可控性，其主要表現(xiàn)為以下方面。

（1）COPSYS優(yōu)化控制系統(tǒng)最核心的技術(shù)是基于先進的軟測量技術(shù)而實現(xiàn)的末效燒堿濃度模型，它是基于末效堿液的溫度和真空度、各效的一次汽和二次汽壓力以及當(dāng)?shù)氐拇髿鈮憾⒌囊粋€復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，在實現(xiàn)了燒堿濃度的軟測量后給全自動放堿提供了可能。

（2）COPSYS技術(shù)所實現(xiàn)的物料平衡與濃度梯度優(yōu)化控制技術(shù)避免了蒸發(fā)器內(nèi)料液的大出大進、人為頻繁破壞各效蒸發(fā)器的運行狀態(tài)，加速蒸發(fā)器結(jié)鹽的狀況，從而可達到延長洗效周期、提高生產(chǎn)能力的目的。

（3）蒸發(fā)器內(nèi)液面的測量方式采用了簡單可靠的電極棒式測量并輔以和隆優(yōu)化設(shè)計的專用調(diào)理模板。盡管堿液中有較多的鹽分和液面沸騰波動，經(jīng)常造成測量電極結(jié)鹽而使液位的指示為假信號，但COPSYS技術(shù)中的虛假液位故障診斷與全自動處理技術(shù)能在第一時間發(fā)現(xiàn)、報警并啟動自動處理功能將電極上的鹽化掉。

（4）COPSYS優(yōu)化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型抗工藝干擾能力強。

（5）自動出料使人工分析和沖洗管道次數(shù)大大減少，使操作人員的勞動強度顯著降低。

（6）大量的數(shù)據(jù)儲存功能方便了管理層對蒸發(fā)生產(chǎn)的管理。

2.2 采用逆向采鹽工藝

逆向采鹽工藝，具有以下優(yōu)點。

（1）減輕了Ⅱ效過Ⅲ效因壓差不夠，過料管易堵問題。據(jù)統(tǒng)計分析，過料管堵塞的次數(shù)減少了50%~ 70%。

（2）鹽顆粒增大，便于鹽從蒸發(fā)系統(tǒng)分離出來，根據(jù)蒸發(fā)的生產(chǎn)特點，堿液濃度越高，鹽結(jié)晶的顆粒就越細，由于Ⅱ效蒸發(fā)器堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為15%，而Ⅲ效蒸發(fā)器堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，Ⅲ效鹽逆流采向Ⅱ效后，細小的結(jié)晶鹽在Ⅲ效蒸發(fā)器內(nèi)進一步長大，不僅利于鹽從蒸發(fā)系統(tǒng)分離出來，同時也利于堿鹽的冷卻沉降，離心機的分離等。

（3）Ⅱ效采出的鹽所帶堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，而Ⅲ效采出的鹽所帶堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，在分離器固液比相同的前提下，Ⅲ效帶出堿就比Ⅱ效帶出的多，因而熱損大得多。經(jīng)物料計算，Ⅲ效外采鹽與Ⅱ效外采鹽相比，系統(tǒng)需多蒸發(fā)水440 kg/t，所以Ⅱ效外采的節(jié)能效果顯而易見。

（4）同樣，Ⅱ效采鹽與Ⅲ效采鹽相比，在分離器固液比、離心機分離效果相同的前提下，由于濃度不同，回收鹽水含堿大大降低。據(jù)統(tǒng)計，回收鹽水鹽堿比由調(diào)優(yōu)前的97∶1變?yōu)檎{(diào)優(yōu)后的153∶1。

2.3 對鹽后處理工藝的調(diào)整

增設(shè)1個鹽沉清槽，將母液送往鹽沉清槽，經(jīng)自然沉清(由于Ⅱ效外采鹽，鹽顆粒大，極易分層)，底部干鹽流入鹽高位槽，上部清液自流到電解液儲槽，這樣，既減少了進入鹽高位槽清液量，也減少了進入電解液儲槽的固鹽量。

在操作上，確保鹽高位槽液位。在離心機能力大于系統(tǒng)采鹽能力時，及時減少離心機運行臺數(shù)，確保清液從上部溢流，并保證離心機進料有一個較高、較穩(wěn)定的固液比。這樣，鹽高位槽就增加了一個沉降功能，使離心機分離器的上部液體回到鹽高位槽經(jīng)沉清后再溢流到母液槽，最后與母液一道被送往鹽沉清槽再次沉清分離，解決了離心機加料分離器清液在鹽高位槽累積的問題，改造后的鹽處理工藝流程見圖1。

3 改造后的運行情況

蒸發(fā)優(yōu)化改造項目在開始及試運行初期，遇到了離心機故障多，及電解生產(chǎn)負荷波動等問題，使蒸發(fā)優(yōu)化項目未能顯示應(yīng)有的效果，同時，在運行初期也遇到下列問題。

（1）測試Ⅱ效外采分離器固液比不高，后經(jīng)分析，系采鹽泵進口管徑偏小，沒達到泵的設(shè)計流量，致使分離器的進液速度未達至設(shè)計要求，后將泵進口管改大后，分離器的固液比提高到8∶2左右。

（2）改為Ⅱ效外采鹽后，由于Ⅱ效溫度（約120℃）比Ⅲ效（約80℃）高，致使鹽高位槽蒸汽霧非常大，后通過用母液與分出的鹽直接冷卻，并加設(shè)排氣管，情況明顯好轉(zhuǎn)。

（3）改為Ⅱ效外采鹽后，鹽高位槽鹽結(jié)塊現(xiàn)象加劇，后將離心機加料分離器清液以切線方向進入鹽高位槽，使其在高位槽內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，基本解決了結(jié)塊加劇的問題。

（4）蒸發(fā)優(yōu)化前，蒸發(fā)工序沒有檢測蒸汽溫度，優(yōu)化后加裝了此檢測點才發(fā)現(xiàn)蒸汽溫度高的問題，蒸汽溫度高達270℃以上（1.0MPa），直接影響Ⅰ效加熱室的使用壽命，Ⅰ效加熱室易結(jié)鹽。確認(rèn)過熱蒸汽的危害后，與供汽單位協(xié)商，將蒸汽溫度降到200～220℃，情況明顯好轉(zhuǎn)。

表1 蒸發(fā)工序改造前后生產(chǎn)強度t/h

改造前后的生產(chǎn)強度見表1。

改造后，蒸發(fā)蒸汽消耗由3.17 t/t降到2.73 t/t以下。

按10萬t/a產(chǎn)量計算，每年可節(jié)約蒸汽4.4萬t，按蒸汽價格為144元/t計算，可節(jié)約630萬元，4個月可收回投資。

盡管運行中蒸汽消耗有所降低，但與同行業(yè)相比，還存在一定的差距。蒸發(fā)3組生產(chǎn)強度有差異，蒸發(fā)運行中蒸汽壓力有波動，而蒸汽壓力和Ⅲ效真空度變化又會影響堿液濃度自動檢測的準(zhǔn)確性。

Evolutionary summary on diaphragm caustic soda evaporation

FANQi-biao,HU Zheng-hua
(Wuhan Xianglong Electric Industry Co.,Ltd.,Wuhan 430078,China)

Application of COPSYS technology in diaphragm caustic soda evaporation was introduced,and evolutionary operation of caustic soda evaporation was summed.Tradition operation and the operation after evolutionary were compared form sevral apsects,including operation effect,production capacity and energy savingeffect.

diaphragm caustic soda;evaporation;reverse removalsalt;DCS;COPSYS

book=10,ebook=117

TQ114.26+8

B

1009－1785(2010)07－0010-03

2009-04-28