郭秀丽 邓敬莲 吴亮
皇明太阳能股份有限公司 山东德州 253000
摘要: 本文介绍了利用三效降膜蒸发器进行离子膜烧碱蒸发工艺中进料蒸汽流量的测量和成品碱液浓度的计算，以及浓度的自动控制
关键词: 三效蒸发；DCS功能计算；温压补偿；串级控制；主环；副环；干扰
１、概述
在离子膜法电解工艺中，所生产的烧碱（NaOH）浓度一般为32%（w/w）,要得到浓度更高的碱液，就必须进一步浓缩。在实际生产中，多采用三效蒸发工艺将32%w/w碱液浓缩至50% w/w。为保证碱液浓度满足要求，通过调节进蒸汽的流量对碱液浓度进行自动控制，而浓度值的获取，是通过碱液温度和分离器蒸汽压力与浓度之间的关系计算得出的。本文主要介绍烧碱蒸发工艺过程的自动控制。
2、工艺简述
来自离子膜电解槽阴极的32% w/w碱液被送入三效蒸发器E-8303 管程，壳程蒸汽释放的热量使碱液蒸发，并在三效分离器D-8303中分离，使碱液浓度达到36% w/w；36%的碱液经P-8303泵送至预热器E-8308和E-8307，送至二效蒸发器E-8302管程继续蒸发，使浓度提高到42% w/w；42%碱液在D-8302中分离，再由泵P-8302送至一效蒸发器E-8301进一步蒸发，使碱液的浓度最终达到50% w/w，并从一效分离器D-8301中分离出来。最后，50% w/w碱液经换热器冷却并通过温度调节回路调节至需要的温度送出界区。工艺控制流程图见附图1。
3、主要控制回路
在生产过程中，为保证出装置的碱液浓度保持在50% w/w，装置设置了如下回路：碱液进料流量调节回路；各级分离器液位调节回路；成品碱温度调节回路；蒸汽温压补偿回路；碱液浓度的自动调节回路等。
3.1蒸汽流量的测量
本装置中，蒸汽流量能否准确测量是影响产品质量的重要因素。因为蒸汽是处于气体状态，在其温度、压力变化时，其密度有很大变化，当蒸汽的温度、压力波动不大，即工况参数偏离设计参数不太多，对测量影响较小时,采用温压补偿措施能达到理想的测量精度。温压补偿公式大多为经验公式。我们采用信号直接修正计算的方法，得到流量修正因数F。根据蒸汽特性，当蒸汽压力增大时其密度增加，蒸汽实际压力（P实）＞蒸汽设计压力（P设）将出现负误差，否则将出现正误差。温度升高时其密度减小，即压力、温度的变化对蒸汽密度的影响是相反的。利用温度、压力变化率和蒸汽密度变化的关系就可以得出较为简单的计算公式。
修正系数计算：
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这样，通过DCS计算模块，就可以算出成品碱液的浓度值。
3.3碱液密度的自动控制
3.3.1 回路构成
蒸发装置的主要目的是为了得到合格浓度的碱液。要对碱液的浓度进行自动控制，系统采用了碱液浓度和蒸汽进料流量的串级控制系统。用浓度调节器(CIC-801)的输出作为蒸汽流量调节器(FIC-801)的设定值，由蒸汽流量调节器的输出去控制蒸汽管线的流量控制阀(FV-801)。浓度自动控制以碱液浓度调节回路(CIC-801)为主回路，蒸汽流量调节回路FIC-801为副回路。
3.3.2 分析
1）主、副调节器正反作用的选择
对于副回路调节器的作用方式，可按单路控制系统的方法来确定。被控变量为蒸汽流量，操纵变量是调节阀的开度，当阀门开度变大时，流量增加，所以对象放大系统为正号，调节阀为气开阀，调节阀放大系统为正号，因此，副回路调节器的调节作用为反作用。对于主调节回路来说，被控量为碱液浓度，将闭合副回路作为正环节来考虑，进蒸汽量增大，浓度增加，因此，主回路调节器的调节作用为反作用。
可以得出结论：两个调节器的作用方向一致，对象放大系数一致，所以，主回路可以单独控制。
2）干扰作用于副回路（FIC-801）
来自界区外的蒸汽流量发生变化时，流量测量值相应发生变化，此时蒸汽流量的副调节器FIC-801立即进行调节。如果干扰较小，经副回路调节后，蒸汽流量值基本保持不变，这样就减少对主被控变量（碱液浓度）的影响；当干扰较大，影响到主被控变量（碱液浓度）时，主调节器CIC-801的输出发生变化，对副调节器FIC-801来说，将接受给定值与测量值两方面的变化，从而使输入偏差增加，校正作用加强，加速了调节过程。
3）干扰作用于主回路（CIC-801）
当碱液温度（TI-801）或蒸汽压力（PI-812）发生变化时，计算模块得出的浓度值变化，主调节器CIC-801根据浓度的变化去改变副调节器FIC-801的给定值，副调节器很快产生校正作用，改变进蒸汽阀门开度，使碱液浓度返回给定值。因控制系统中多了副回路，调节和反馈通道缩短，使被控变量超调量减少，调节过程缩短。
通过分析可知：副调节器具有“粗调”的作用，而主调节器具有“细调”的作用，两者互相配合，控制质量高于单回路控制系统。
4、主要安全联锁
为保证装置在正常生产中平稳运行，除上述控制系统外，还设置了必要的安全联锁以保护设备不受损坏。当联锁发生，应当立即停止主蒸汽和32%w/w碱液进料，关闭FV-801和FV-802，并停止输送泵。为提高可靠性，阀门FV-801/FV-802除了加电磁阀以切断调节阀气源以外，同时还使调节器FICA-801/FICA-802的输出值<4mA，保证阀门完全关闭。此外，为避免因液位过低而损坏泵，还设置低液位联锁停泵逻辑。可以看出，整个装置的联锁比较简单，但实用安全。
5、结束语
在生产工艺中，对某些重要变量，如果不能采用直接测量的方式获得，可根据该变量与其它变量的对应关系，通过DCS计算，得出需要的变量。对于某些调节系统，采用串级控制系统可以大大改善调节过程的品质。
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