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    黃成勇（1975-）男，重慶墊江人，主任儀表工程師。1998年畢業于四川瀘州化工學校化工儀表及其自動化專業；2005年～2007年就讀重慶化醫技師學院生產過程自動化專業；2007年～2010年就讀四川大學電氣工程自動化專業。現從事化工新項目開發、化工儀表設計、過程控制管理等工作。

    摘要：本文通過對硝酸鈉、亞硝酸鈉生產控制系統設計，實現了兩鈉生產過程的連續性，提高了兩鈉生產過程的自動化程度，保證了產品生產的質量和安全，大大減輕了勞動者的勞動強度。

    關鍵詞：硝酸鈉；亞硝酸鈉；結晶；蒸發；單雙槽自動控制；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硝酸、硝酸銨、碳酸氫銨為主，只是在尾氣洗滌回收過程中生產少量的硝酸鈉和亞硝酸鈉，其“硝酸鈉、亞硝酸鈉”最大生產能力不過1萬噸/年。隨著國內外硝鹽市場的發展，該公司自2001年至今通過不斷的改造與擴產，硝鹽年產量迅速達到了3萬噸，產品銷售至國內十余個省市，并出口國外，收到了明顯的經濟效益。并且，該公司在發展過程中經歷了尾氣法、配氣法等硝鹽生產工藝過程，為企業積累了大量的硝鹽生產經驗與技術力量。

    日前，該公司為抓住市場機遇，經多方面的考察論證擬將目前硝酸尾氣吸加以改造，同時將硝鹽生產增至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、OSLO真空結晶等技術，使企業硝鹽生產水平再上一個新的臺階。

    2 產品特性以及工藝簡述

    2.1 產品特性

    工業硝酸鈉（NaNO3）為無色透明結晶或白色小結晶或粉末。工業亞硝酸鈉（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控制系統已經常規化，這里不再敘述）及后處理工段（蒸發、結晶、轉化、產品分離干燥）。

    在后處理工段中，中和液經中和液泵送入亞鈉一效蒸發器，蒸發后進入二效真空蒸發器，繼續蒸發到溶注液呈飽和狀態后，放入OSLO結晶器進行真空蒸發結晶，亞鈉產品設置兩套相同能力的蒸發、結晶系統。兩套結晶器內析出含亞硝酸鈉晶體的過飽和溶液經稠厚器進入離心機分離出亞硝酸鈉成品，稱量、包裝，分離出的母液進入亞鈉一次母液槽。

    為了實現硝酸鈉、亞硝酸鈉產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系統經蒸發、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入轉化塔進行轉化生產硝酸鈉。

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

    3 控制系統特點概述

    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工藝介質由于沸點低、容易結晶，在實際生產過程中很容易對工藝管道、閥門、設備等造成堵塞（特別是系統的開、停車，操作工不精心操作的時候），生產的連續性、長周期性、安全性根本無法保障。開開停停、跑、冒、滴、漏是硝酸鈉、亞硝酸鈉生產企業的慣性。另外，產量低、能耗高、勞動強度大、對環境的污染程度高等嚴重阻礙了我國硝酸鈉、亞硝酸鈉行業的發展。目前，全國的硝酸鈉、亞硝酸鈉生產企業都是簡單的、少量的使用諸如現場壓力表、溫度計等低端儀表。DCS系統運用于硝酸鈉、亞硝酸鈉生產更是天方夜譚。重慶富源化工股份公司經過充分開發和利用先進的自動化控制技術，結合工藝特點和多年的實際操作經驗，設計出成熟、可靠和實用的控制系統。目前，這套系統已經正常投運，這里著重介紹后處理工段（蒸發、結晶、轉化、產品分離干燥）DCS設計、使用情況。

    3.2 Hollysys MACSV 系統特點與組成

    整套裝置的聯鎖及自動控制部分設計采用北京和利時公司生產的基于現場總線控制技術的Hollysys MACSV DCS控制系統。該系統采用成熟的先進控制算法，并全面支持IEC61131-3國際組態標準。系統采用分布式數據庫技術，支持OPC技術、Axtive X技術，并且能方便的與第三方系統和上層管理網Real MIS系統、ERP企業資源管理系統之間進行無縫信息流傳送，能方便的實現工廠智能化、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，能夠滿足各類化工工藝過程的控制需要，該系統以最先進的軟件、硬件技術和可靠性、通用性、開放性、穩定性，在化工行業被廣泛采用。根據該項目規模及特點，系統配置有：蒸發崗位（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、亞硝酸鈉蒸發崗位的單、雙槽的手、自動運行

    現以亞鈉蒸發崗位的工藝控制加以說明，硝鈉蒸發崗位工藝控制同理，如圖1所示。
                  
                                   圖1  亞納蒸發界面圖
    硝酸鈉、亞硝酸鈉蒸發崗位的關鍵在于進料和放料的連續性。由圖1可知：中和液泵P0101A/B從中和液槽打料進亞鈉一效蒸發器E0101A 和E0101B。在進兩個一效蒸發器前設置了兩個切斷閥XV102和XV101。通過程序設置：一效蒸發器E0101A 和E0101B的液位LT0102和LT0101如果低于設定值時，進料切斷閥XV102和XV101同時打開，開始對一效蒸發器進料。設置在中和槽回流口的回流切斷閥XV107同時關閉。隨著進料液位的上升，當兩槽液位同時高于設定值時，切斷閥XV102和XV101同時關閉，不再進料。為了防止憋壓，回流切斷閥XV107同時打開，以便料回流到中和槽。

    當一效蒸發器的溫度和壓力合格時，操作工就可以通過DCS打開放料閥XV108和XV105，以便放料進二效蒸發器E0102A和E0102B，二效蒸發器的料溫度和壓力合格后，就可以打開下料閥XV109和XV106，將料放進至結晶器M0101A/B。

    以上是雙槽同時運行的情形。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，在解除自動和聯鎖的情況下，可對所有的切斷閥進行手動開、關。結晶、分離控制界面如圖2所示。
                 
                                  圖2  亞納結晶、分離界面
    蒸發崗位單、雙槽控制程序，如圖3所示。
                 
                                圖3   蒸發崗位單、雙槽控制程序
    通過以上的控制，整個蒸發系統的進料和放料完全連續起來。以前需要一、兩小時才能蒸一槽，現在十來分鐘就可以蒸一槽，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：以前進料和放料都需要操作工手動去關、開截止閥。勞動強度極大，現在有DCS控制，勞動強度大大降低。

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

    以前硝酸鈉、亞硝酸鈉生產中，從溶堿崗位通過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長等原因，整個送液管線很溶液結晶堵滿堿液管。堿液管的結晶堵塞，對整個硝酸鈉、亞硝酸鈉生產影響很大，需要企業花費大量人力和時間疏通管道，對生產影響很大。解決方法：將高位堿液槽的遠傳液位信號一路引進DCS系統，即LT0107，并將溶堿崗位送堿液泵P8003A的運行狀態引入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。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，然后打開回流閥，通知轉化崗位的操作工，打開蒸汽吹掃閥XV119，對整個堿液管線進行吹掃。通過這樣的控制操作，整個送堿管線暢通有順，有效避免了高位堿液槽滿槽的情況。

    3.2.3 產品干燥、洗滌

    這一崗位主要是把各類動力設備（諸如：泵、風機、輸送機、烘干機、包裝機等）的運行狀態引入DCS系統，以便操作工知曉。整個崗位控制屬于常態，這里不再敘述。

    4 其他

    由于整套裝置的工藝介質容易結晶，儀表選型和設計對此必須要加以考慮。各類溶液槽的液位計選用簡單直觀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）現場和遠傳的溫度計；蒸發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裝置；電磁閥選用ASCO電磁閥；流量計選用科隆原裝進口電磁流量計；所用變送器均選用橫河川儀EJA變送器。以上先進儀表的安裝使用，保證了檢測數據的準確可靠，調節的及時、無誤。

    5 效果和意義

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

    摘自《自動化博覽》2010年第十期