黃成勇（1975-）男，重慶墊江人，主任儀表工程師。1998年畢業(yè)于四川瀘州化工學(xué)?；x表及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；2005年～2007年就讀重慶化醫技師學(xué)院生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；2007年～2010年就讀四川大學(xué)電氣工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)?，F從事化工新項目開(kāi)發(fā)、化工儀表設計、過(guò)程控制管理等工作。

    摘要：本文通過(guò)對硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)控制系統設計，實(shí)現了兩鈉生產(chǎn)過(guò)程的連續性，提高了兩鈉生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，保證了產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和安全，大大減輕了勞動(dòng)者的勞動(dòng)強度。

    關(guān)鍵詞：硝酸鈉；亞硝酸鈉；結晶；蒸發(fā)；單雙槽自動(dòng)控制；連續性；轉化中和

    Abstract: This paper focuses on describing the design the systemic production control of Sodium nitrate and Sodium nitrite. This systematic design implements the continuous production of Sodium nitrate and Sodium nitrite,,improves the automation level of production of the“two sodium”, reduces the labor intensity of workers, in this manner, and meanwhile guarantees the quality and safety of the products. This demonstrates that the systemic production control of“two sodium”should be used as reference and extended to more Chinese firms.

    Key words: Sodium Nitrate; Sodium Nitrite; Crystallization; Evaporation;Single/ double groove automatic control; Continuity; transformation and neutralization

    1 項目背景

    重慶富源化工股份有限公司最初以生產(chǎn)硝酸、硝酸銨、碳酸氫銨為主，只是在尾氣洗滌回收過(guò)程中生產(chǎn)少量的硝酸鈉和亞硝酸鈉，其“硝酸鈉、亞硝酸鈉”最大生產(chǎn)能力不過(guò)1萬(wàn)噸/年。隨著(zhù)國內外硝鹽市場(chǎng)的發(fā)展，該公司自2001年至今通過(guò)不斷的改造與擴產(chǎn)，硝鹽年產(chǎn)量迅速達到了3萬(wàn)噸，產(chǎn)品銷(xiāo)售至國內十余個(gè)省市，并出口國外，收到了明顯的經(jīng)濟效益。并且，該公司在發(fā)展過(guò)程中經(jīng)歷了尾氣法、配氣法等硝鹽生產(chǎn)工藝過(guò)程，為企業(yè)積累了大量的硝鹽生產(chǎn)經(jīng)驗與技術(shù)力量。

    日前，該公司為抓住市場(chǎng)機遇，經(jīng)多方面的考察論證擬將目前硝酸尾氣吸加以改造，同時(shí)將硝鹽生產(chǎn)增至60kt/a。部分裝置采用目前成熟可靠的直接吸收、連續轉化、雙效蒸發(fā)、OSLO真空結晶等技術(shù)，使企業(yè)硝鹽生產(chǎn)水平再上一個(gè)新的臺階。

    2 產(chǎn)品特性以及工藝簡(jiǎn)述

    2.1 產(chǎn)品特性

    工業(yè)硝酸鈉（NaNO3）為無(wú)色透明結晶或白色小結晶或粉末。工業(yè)亞硝酸鈉（NaNO2）為白色或微帶淡黃色斜方晶小結晶或粉末。

    2.2 工藝簡(jiǎn)述

    工藝裝置包括：溶堿工段、氨氧化工段、堿吸收工段（注：以上工段DCS控制系統已經(jīng)常規化，這里不再敘述）及后處理工段（蒸發(fā)、結晶、轉化、產(chǎn)品分離干燥）。

    在后處理工段中，中和液經(jīng)中和液泵送入亞鈉一效蒸發(fā)器，蒸發(fā)后進(jìn)入二效真空蒸發(fā)器，繼續蒸發(fā)到溶注液呈飽和狀態(tài)后，放入OSLO結晶器進(jìn)行真空蒸發(fā)結晶，亞鈉產(chǎn)品設置兩套相同能力的蒸發(fā)、結晶系統。兩套結晶器內析出含亞硝酸鈉晶體的過(guò)飽和溶液經(jīng)稠厚器進(jìn)入離心機分離出亞硝酸鈉成品，稱(chēng)量、包裝，分離出的母液進(jìn)入亞鈉一次母液槽。

    為了實(shí)現硝酸鈉、亞硝酸鈉產(chǎn)品比例在一定范圍內自由調節，在設計中應考慮部分亞鈉母液返回到一套蒸發(fā)系統經(jīng)蒸發(fā)、結晶、分離再次提取亞硝酸鈉。另一部分一次母液和二次分離后的母液進(jìn)入轉化塔進(jìn)行轉化生產(chǎn)硝酸鈉。

    亞鈉母液、稀硝酸經(jīng)預熱后分別由泵送至轉化塔上部在塔內噴淋而下，在填料表面進(jìn)行轉化反應：3NaNO2＋2HNO3＝3NaNO3＋H2O＋2NO中和后的轉化液經(jīng)蒸發(fā)、結晶、分離得硝酸鈉產(chǎn)品。

    3 控制系統特點(diǎn)概述

    3.1 DCS系統

    本裝置DCS系統分兩部分（氨氧化DCS系統和后處理DCS系統）。因為氨氧化DCS控制系統全國已經(jīng)常規化、普遍化，投用率很高。故這里不再敘述。但是后處理工段中的各類(lèi)工藝介質(zhì)由于沸點(diǎn)低、容易結晶，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中很容易對工藝管道、閥門(mén)、設備等造成堵塞（特別是系統的開(kāi)、停車(chē)，操作工不精心操作的時(shí)候），生產(chǎn)的連續性、長(cháng)周期性、安全性根本無(wú)法保障。開(kāi)開(kāi)停停、跑、冒、滴、漏是硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)企業(yè)的慣性。另外，產(chǎn)量低、能耗高、勞動(dòng)強度大、對環(huán)境的污染程度高等嚴重阻礙了我國硝酸鈉、亞硝酸鈉行業(yè)的發(fā)展。目前，全國的硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)企業(yè)都是簡(jiǎn)單的、少量的使用諸如現場(chǎng)壓力表、溫度計等低端儀表。DCS系統運用于硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)更是天方夜譚。重慶富源化工股份公司經(jīng)過(guò)充分開(kāi)發(fā)和利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，結合工藝特點(diǎn)和多年的實(shí)際操作經(jīng)驗，設計出成熟、可靠和實(shí)用的控制系統。目前，這套系統已經(jīng)正常投運，這里著(zhù)重介紹后處理工段（蒸發(fā)、結晶、轉化、產(chǎn)品分離干燥）DCS設計、使用情況。

    3.2 Hollysys MACSV 系統特點(diǎn)與組成

    整套裝置的聯(lián)鎖及自動(dòng)控制部分設計采用北京和利時(shí)公司生產(chǎn)的基于現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)的Hollysys MACSV DCS控制系統。該系統采用成熟的先進(jìn)控制算法，并全面支持IEC61131-3國際組態(tài)標準。系統采用分布式數據庫技術(shù)，支持OPC技術(shù)、Axtive X技術(shù)，并且能方便的與第三方系統和上層管理網(wǎng)Real MIS系統、ERP企業(yè)資源管理系統之間進(jìn)行無(wú)縫信息流傳送，能方便的實(shí)現工廠(chǎng)智能化、管控一體化。

    Hollysys MACSV 系統具有強大的控制功能、操作監視功能、數據管理功能，能夠滿(mǎn)足各類(lèi)化工工藝過(guò)程的控制需要，該系統以最先進(jìn)的軟件、硬件技術(shù)和可靠性、通用性、開(kāi)放性、穩定性，在化工行業(yè)被廣泛采用。根據該項目規模及特點(diǎn)，系統配置有：蒸發(fā)崗位（1臺控制柜、1臺工程師站兼操作員站、2臺操作員站），轉化崗位（1臺操作員站）。

    3.2.1 硝酸鈉、亞硝酸鈉蒸發(fā)崗位的單、雙槽的手、自動(dòng)運行

    現以亞鈉蒸發(fā)崗位的工藝控制加以說(shuō)明，硝鈉蒸發(fā)崗位工藝控制同理，如圖1所示。
                  
                                   圖1  亞納蒸發(fā)界面圖
    硝酸鈉、亞硝酸鈉蒸發(fā)崗位的關(guān)鍵在于進(jìn)料和放料的連續性。由圖1可知：中和液泵P0101A/B從中和液槽打料進(jìn)亞鈉一效蒸發(fā)器E0101A 和E0101B。在進(jìn)兩個(gè)一效蒸發(fā)器前設置了兩個(gè)切斷閥XV102和XV101。通過(guò)程序設置：一效蒸發(fā)器E0101A 和E0101B的液位LT0102和LT0101如果低于設定值時(shí)，進(jìn)料切斷閥XV102和XV101同時(shí)打開(kāi)，開(kāi)始對一效蒸發(fā)器進(jìn)料。設置在中和槽回流口的回流切斷閥XV107同時(shí)關(guān)閉。隨著(zhù)進(jìn)料液位的上升，當兩槽液位同時(shí)高于設定值時(shí)，切斷閥XV102和XV101同時(shí)關(guān)閉，不再進(jìn)料。為了防止憋壓，回流切斷閥XV107同時(shí)打開(kāi)，以便料回流到中和槽。

    當一效蒸發(fā)器的溫度和壓力合格時(shí)，操作工就可以通過(guò)DCS打開(kāi)放料閥XV108和XV105，以便放料進(jìn)二效蒸發(fā)器E0102A和E0102B，二效蒸發(fā)器的料溫度和壓力合格后，就可以打開(kāi)下料閥XV109和XV106，將料放進(jìn)至結晶器M0101A/B。

    以上是雙槽同時(shí)運行的情形。本程序也設置了單槽運行的情形，以便單、雙槽在不同條件下運行。另外，在解除自動(dòng)和聯(lián)鎖的情況下，可對所有的切斷閥進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)、關(guān)。結晶、分離控制界面如圖2所示。
                 
                                  圖2  亞納結晶、分離界面
    蒸發(fā)崗位單、雙槽控制程序，如圖3所示。
                 
                                圖3   蒸發(fā)崗位單、雙槽控制程序
    通過(guò)以上的控制，整個(gè)蒸發(fā)系統的進(jìn)料和放料完全連續起來(lái)。以前需要一、兩小時(shí)才能蒸一槽，現在十來(lái)分鐘就可以蒸一槽，大大提高了效率，并且大量節省蒸汽用量。節能降耗作用十分明顯。更為重要的是：以前進(jìn)料和放料都需要操作工手動(dòng)去關(guān)、開(kāi)截止閥。勞動(dòng)強度極大，現在有DCS控制，勞動(dòng)強度大大降低。

    3.2.2 轉化中和控制說(shuō)明（如圖4所示）
                 
                                    圖4  轉化中和界面圖
    進(jìn)轉化塔的物料控制是常規PID控制，這里不再著(zhù)重敘述。為了減輕操作工的勞動(dòng)強度。中和槽的進(jìn)出物料口，分別設立了進(jìn)出切斷閥。當轉化塔的物料合格后，就可以通過(guò)DCS系統打開(kāi)進(jìn)料切斷閥XV115和XV116。當中和槽V0112A和VX0112B中的物料酸度合格后，就可以通過(guò)DCS系統打開(kāi)放料閥XV117和VX118。通過(guò)這樣的控制，操作工的勞動(dòng)強度大大降低，使得生產(chǎn)連續性得以實(shí)現，保證了后工段的物料連續性。

    以前硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)中，從溶堿崗位通過(guò)泵打到高位堿槽的堿溶液，如果堿液遇冷、操作工不精心用蒸汽吹堵以及管線(xiàn)長(cháng)等原因，整個(gè)送液管線(xiàn)很溶液結晶堵滿(mǎn)堿液管。堿液管的結晶堵塞，對整個(gè)硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)影響很大，需要企業(yè)花費大量人力和時(shí)間疏通管道，對生產(chǎn)影響很大。解決方法：將高位堿液槽的遠傳液位信號一路引進(jìn)DCS系統，即LT0107，并將溶堿崗位送堿液泵P8003A的運行狀態(tài)引入DCS界面。讓轉化崗位的操作人員知道液位的變化和泵的啟、停狀態(tài)。另一方面，把液位LT0107信號引到溶堿崗位操作室，融堿崗位操作人員可以知道液位的高低，一般規約為液位高于75%，就停送堿液泵P8003A，然后打開(kāi)回流閥，通知轉化崗位的操作工，打開(kāi)蒸汽吹掃閥XV119，對整個(gè)堿液管線(xiàn)進(jìn)行吹掃。通過(guò)這樣的控制操作，整個(gè)送堿管線(xiàn)暢通有順，有效避免了高位堿液槽滿(mǎn)槽的情況。

    3.2.3 產(chǎn)品干燥、洗滌

    這一崗位主要是把各類(lèi)動(dòng)力設備（諸如：泵、風(fēng)機、輸送機、烘干機、包裝機等）的運行狀態(tài)引入DCS系統，以便操作工知曉。整個(gè)崗位控制屬于常態(tài)，這里不再敘述。

    4 其他

    由于整套裝置的工藝介質(zhì)容易結晶，儀表選型和設計對此必須要加以考慮。各類(lèi)溶液槽的液位計選用簡(jiǎn)單直觀(guān)的浮標液位計和磁翻板液位計；轉化塔溫度計需選用耐氯根離子腐蝕的（316L套管）現場(chǎng)和遠傳的溫度計；蒸發(fā)和轉化中和槽崗位的切斷閥選用角行程的球形切斷閥并具有快動(dòng)裝置；電磁閥選用ASCO電磁閥；流量計選用科隆原裝進(jìn)口電磁流量計；所用變送器均選用橫河川儀EJA變送器。以上先進(jìn)儀表的安裝使用，保證了檢測數據的準確可靠，調節的及時(shí)、無(wú)誤。

    5 效果和意義

    全國首套硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)控制系統自投運后，不僅實(shí)現了節能降耗，大大降低了操作工的勞動(dòng)強度，而且確保了裝置的安全、穩定、長(cháng)周期運行，提高了一級產(chǎn)品的合格率。對我國硝酸鈉、亞硝酸鈉生產(chǎn)企業(yè)以及相似產(chǎn)品的新建、擴建等都值得借鑒，具有重大意義。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十期