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    黄成勇（1975-）男，重庆垫江人，主任仪表工程师。1998年毕业于四川泸州化工学校化工仪表及其自动化专业；2005年～2007年就读重庆化医技师学院生产过程自动化专业；2007年～2010年就读四川大学电气工程自动化专业。现从事化工新项目开发、化工仪表设计、过程控制管理等工作。

    摘要：本文通过对硝酸钠、亚硝酸钠生产控制系统设计，实现了两钠生产过程的连续性，提高了两钠生产过程的自动化程度，保证了产品生产的质量和安全，大大减轻了劳动者的劳动强度。

    关键词：硝酸钠；亚硝酸钠；结晶；蒸发；单双槽自动控制；连续性；转化中和

    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 项目背景

    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。

    2 产品特性以及工艺简述

    2.1 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。

    2.2 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。

    3 控制系统特点概述

    3.1 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，产量低、能耗高、劳动强度大、对环境的污染程度高等严重阻碍了我国硝酸钠、亚硝酸钠行业的发展。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。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。

    3.2 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）。

    3.2.1 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。

    3.2.2 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。

    3.2.3 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。

    4 其他

    由于整套装置的工艺介质容易结晶，仪表选型和设计对此必须要加以考虑。各类溶液槽的液位计选用简单直观的浮标液位计和磁翻板液位计；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；流量计选用科隆原装进口电磁流量计；所用变送器均选用横河川仪EJA变送器。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。

    5 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。

    摘自《自动化博览》2010年第十期