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年产6万吨硝酸钠、亚硝酸钠控制系统设计及仪表选型应用


年产 6 万吨硝酸钠、亚硝酸钠控制系统设计及仪表选型、运用
重庆富源化工股份有限公司最初以生产硝酸、硝酸铵、碳酸氢铵为主,只是在尾气洗涤回收过程中生产少量的 硝酸钠和亚硝酸钠,其“硝酸钠、亚硝酸钠”最大生产能力不过 1 万吨/年。随着国内外硝盐市场的发展,该公司自 2001 年至今通过不断的改造与扩产,硝盐年产量迅速达到了 3 万吨,产品销售至国内十余个省市,并出口国外

,收 到了明显的经济效益。并且,该公司在发展过程中经历了尾气法、配气法等硝盐生产工艺过程,为企业积累了大量 的硝盐生产经验与技术力量。 日前, 该公司为抓住市场机遇, 经多方面的考察论证拟将目前硝酸尾气吸加以改造, 同时将硝盐生产增至 60kt/a。 部分装置采用目前成熟可靠的直接吸收、连续转化、双效蒸发、OSLO 真空结晶等技术,使企业硝盐生产水平再上一 个新的台阶。 产品特性 工业硝酸钠(NaNO3)为无色透明结晶或白色小结晶或粉末。工业亚硝酸钠(NaNO2)为白色或微带淡黄色斜方 晶小结晶或粉末。 工艺简述 工艺装置包括:溶碱工段、氨氧化工段、碱吸收工段(注:以上工段 DCS 控制系统已经常规化,这里不再叙述) 及后处理工段(蒸发、结晶、转化、产品分离干燥)。 在后处理工段中,中和液经中和液泵送入亚钠一效蒸发器,蒸发后进入二效真空蒸发器,继续蒸发到溶注液呈 饱和状态后,放入 OSLO 结晶器进行真空蒸发结晶,亚钠产品设置两套相同能力的蒸发、结晶系统。两套结晶器内析 出含亚硝酸钠晶体的过饱和溶液经稠厚器进入离心机分离出亚硝酸钠成品,称量、包装,分离出的母液进入亚钠一 次母液槽。 为了实现硝酸钠、亚硝酸钠产品比例在一定范围内自由调节,在设计中应考虑部分亚钠母液返回到一套蒸发系 统经蒸发、结晶、分离再次提取亚硝酸钠。另一部分一次母液和二次分离后的母液进入转化塔进行转化生产硝酸钠。 亚钠母液、 稀硝酸经预热后分别由泵送至转化塔上部在塔内喷淋而下, 在填料表面进行转化反应: 3NaNO2+2HNO3 =3NaNO3+H2O+2NO 中和后的转化液经蒸发、结晶、分离得硝酸钠产品。 控制系统特点概述 DCS 系统 本装置 DCS 系统分两部分(氨氧化 DCS 系统和后处理 DCS 系统)。因为氨氧化 DCS 控制系统全国已经常规化、 普遍化,投用率很高。故这里不再叙述。但是后处理工段中的各类工艺介质由于沸点低、容易结晶,在实际生产过 程中很容易对工艺管道、阀门、设备等造成堵塞(特别是系统的开、停车,操作工不精心操作的时候),生产的连 续性、长周期性、安全性根本无法保障。开开停停、跑、冒、滴、漏是硝酸钠、亚硝酸钠生产企业的惯性。另外, 现场大功率设备及其他原因照成的信号干扰,影响了工艺的稳定运行。目前,全国的硝酸钠、亚硝酸钠生产企业都 是简单的、少量的使用诸如现场压力表、温度计等低端仪表。DCS 系统运用于硝酸钠、亚硝酸钠生产更是天方夜谭。 重庆富源化工股份公司经过充分开发和利用先进的自动化控制技术,结合工艺特点和多年的实际操作经验,设计出 成熟、可靠和实用的控制系统,使用了维盛 WISDOM 系列 WS1522、WS1525 信号隔离器,彻底解决了现场干扰的 问题。目前,这套系统已经正常投运,这里着重介绍后处理工段(蒸发、结晶、转化、产品分离干燥)DCS 设计、使 用情况。 Hollysys MACSV 系统特点与组成 整套装置的联锁及自动控制部分设计采用北京和利时公司生产的基于现场总线控制技术的 Hollysys MACSV DCS 控制系统。该系统采用成熟的先进控制算法,并全面支持 IEC61131-3 国际组态标准。系统采用分布式数据库技术, 支持 OPC 技术、Axtive X 技术,并且能方便的与第三方系统和上层管理网 Real MIS 系统、ERP 企业资源管理系统之 间进行无缝信息流传送,能方便的实现工厂智能化、管控一体化。 Hollysys MACSV 系统具有强大的控制功能、操作监视功能、数据管理功能,能够满足各类化工工艺过程的控制 需要,该系统以最先进的软件、硬件技术和可靠性、通用性、开放性、稳定性,在化工行业被广泛采用。根据该项 目规模及特点,系统配置有:蒸发岗位(1 台控制柜、1 台工程师站兼操作员站、2 台操作员站),转化岗位(1 台 操作员站)。

硝酸钠、亚硝酸钠蒸发岗位的单、双槽的手、自动运行 现以亚钠蒸发岗位的工艺控制加以说明,硝钠蒸发岗位工艺控制同理,如图 1 所示。

图1

亚纳蒸发界面图

硝酸钠、亚硝酸钠蒸发岗位的关键在于进料和放料的连续性。由图 1 可知:中和液泵 P0101A/B 从中和液槽打料 进亚钠一效蒸发器 E0101A 和 E0101B。在进两个一效蒸发器前设置了两个切断阀 XV102 和 XV101。通过程序设置:一 效蒸发器 E0101A 和 E0101B 的液位 LT0102 和 LT0101 如果低于设定值时,进料切断阀 XV102 和 XV101 同时打开,开 始对一效蒸发器进料。设置在中和槽回流口的回流切断阀 XV107 同时关闭。随着进料液位的上升,当两槽液位同时 高于设定值时,切断阀 XV102 和 XV101 同时关闭,不再进料。为了防止憋压,回流切断阀 XV107 同时打开,以便料 回流到中和槽。 当一效蒸发器的温度和压力合格时, 操作工就可以通过 DCS 打开放料阀 XV108 和 XV105, 以便放料进二效蒸发器 E0102A 和 E0102B,二效蒸发器的料温度和压力合格后,就可以打开下料阀 XV109 和 XV106,将料放进至结晶器 M0101A/B。 以上是双槽同时运行的情形。本程序也设置了单槽运行的情形,以便单、双槽在不同条件下运行。另外,在解 除自动和联锁的情况下,可对所有的切断阀进行手动开、关。结晶、分离控制界面如图 2 所示。

图2

亚纳结晶、分离界面

蒸发岗位单、双槽控制程序,如图 3 所示。

图3

蒸发岗位单、双槽控制程序

通过以上的控制,整个蒸发系统的进料和放料完全连续起来。以前需要一、两小时才能蒸一槽,现在十来分钟 就可以蒸一槽,大大提高了效率,并且大量节省蒸汽用量。节能降耗作用十分明显。更为重要的是:以前进料和放 料都需要操作工手动去关、开截止阀。劳动强度极大,现在有 DCS 控制,劳动强度大大降低。 转化中和控制说明(如图 4 所示)

图4

转化中和界面图

进转化塔的物料控制是常规 PID 控制,这里不再着重叙述。为了减轻操作工的劳动强度。中和槽的进出物料口, 分别设立了进出切断阀。当转化塔的物料合格后,就可以通过 DCS 系统打开进料切断阀 XV115 和 XV116。当中和槽 V0112A 和 VX0112B 中的物料酸度合格后,就可以通过 DCS 系统打开放料阀 XV117 和 VX118。通过这样的控制,操作 工的劳动强度大大降低,使得生产连续性得以实现,保证了后工段的物料连续性。 以前硝酸钠、亚硝酸钠生产中,从溶碱岗位通过泵打到高位碱槽的碱溶液,如果碱液遇冷、操作工不精心用蒸 汽吹堵以及管线长等原因,整个送液管线很溶液结晶堵满碱液管。碱液管的结晶堵塞,对整个硝酸钠、亚硝酸钠生 产影响很大,需要企业花费大量人力和时间疏通管道,对生产影响很大。解决方法:将高位碱液槽的远传液位信号 一路引进 DCS 系统,即 LT0107,并将溶碱岗位送碱液泵 P8003A 的运行状态引入 DCS 界面。让转化岗位的操作人员知 道液位的变化和泵的启、停状态。另一方面,把液位 LT0107 信号引到溶碱岗位操作室,融碱岗位操作人员可以知道 液位的高低,一般规约为液位高于 75%,就停送碱液泵 P8003A,然后打开回流阀,通知转化岗位的操作工,打开蒸 汽吹扫阀 XV119,对整个碱液管线进行吹扫。通过这样的控制操作,整个送碱管线畅通有顺,有效避免了高位碱液槽 满槽的情况。 产品干燥、洗涤

这一岗位主要是把各类动力设备(诸如:泵、风机、输送机、烘干机、包装机等)的运行状态引入 DCS 系统, 以便操作工知晓。整个岗位控制属于常态,这里不再叙述。 其他 由于整套装置的工艺介质容易结晶,仪表选型经充分考虑,选择了 CH3851 系列的压力变送器。各类溶液槽的液 位计选用了 CHLD605 雷达液位计;转化塔温度计需选用耐氯根离子腐蚀的(316L 套管)现场和远传的温度计;蒸发 和转化中和槽岗位的切断阀选用角行程的球形切断阀并具有快动装置;电磁阀选用 ASCO 电磁阀;流量计选用 CHLDE 系列电磁流量计。以上先进仪表的安装使用,保证了检测数据的准确可靠,调节的及时、无误。 效果和意义 全国首套硝酸钠、亚硝酸钠生产控制系统自投运后,不仅实现了节能降耗,大大降低了操作工的劳动强度,而 且确保了装置的安全、稳定、长周期运行,提高了一级产品的合格率。对我国硝酸钠、亚硝酸钠生产企业以及相似 产品的新建、扩建等都值得借鉴,具有重大意义。


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