四方 氯酸钠生产过程控制系统解决方案

1行业背景

       氯酸钠既是产成品，又是基础化工原料，白色或微白晶体，归属无机盐类，广泛应用于生产二氧化氯、亚氯酸钠及高氯酸盐、氯酸盐，还用于除草剂、氧化剂、造纸、印染、火柴、焰火、医药、冶金、矿业及海水提溴等。由于氯酸钠衍生物二氧化氯具有许多优异的性能，其用领域还在不断拓展。从原料结构看，现有的氯酸钠生产厂家以固体氯化钠为原料，大规模的生产厂家均分布在沿海省市。随着我国造纸业和纺织业的发展、人民生活水平的提高，氯酸钠的用量会有一个飞速发展的机遇。

2工艺过程介绍

       目前，工业上氯酸钠的生产方法主要有化学法和电解法两种。由于化学法生产氯酸钠有设备多、腐蚀严重、占地面积大、操作环境差、生产成本高、生产条件差、工艺流程长、污染环境等原因，目前国内外氯酸钠生产厂家均不采用这一方法。电解法是目前氯酸钠生产厂家主导工艺路线。电解法生产氯酸钠是在电解槽中，将精制的饱和食盐水进行电解, 电解液经蒸发、结晶、干燥即得氯酸钠产品。国外典型的氯酸钠生产技术有法国克莱伯斯工艺、美国庞沃特工艺、休伦工艺以及意大利德诺拉工艺等，而我国氯酸钠生产技术多为引进技术。其工艺过程大体包括卤水工序、电解工序、结晶干燥工序等，总工艺流程图如下所示：

2.1盐水工序

       由采卤站采取的卤水送人生产区的卤水贮槽，由卤水泵打出经卤水加热器加热后进入精制反应槽，在此加入氯化钡溶液除盐水中的硫酸根，加入氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液除盐水中的镁、钙离子，反应的精制盐水中加入助沉剂，在澄清桶中沉淀，澄清后的盐水进入盐水过滤器进一步除去不溶物，过滤盐水经过盐水精制过滤器再次过滤后，贮存于精盐水贮槽，然后经精盐水泵送电解工序。澄清桶中排出的盐泥经过压滤回收其中的盐分，滤液返回卤水贮槽。

2.2电解工序

       从盐水精制工序来的精制盐水先进人尾气洗涤槽的下段与电解尾气逆流接触，除去盐水中过量的氢氧化钠，然后与结晶工序返回的循环母液汇合。加盐酸调节PH值后由电解液循环泵送入反应器，进入反应器的物料靠密度和温差进入电解槽。经过电解后得到的电解液又返回反应器，在此进行最后的化学反应，然后溢流到电解液缓冲槽，经过电解液缓冲槽，一部分电解液作为成品送人次氯酸钠脱除槽加尿素脱除次氯酸根后送结晶干燥工序，另一部分经冷却回收热量后返回反应器。回收的热量作为装置内的加热源，电解产生的氢气在尾气洗涤塔中经盐水和稀碱洗涤除去氢气后送界外作燃料，稀碱洗涤液由废水池收集处理。

2.3结晶工序

       由于我国氯酸钠老厂中采用的蒸发法和盐析法，生产中普遍存在着结晶工艺落后、能耗大、生产成本高、间歇性生产等问题，如今的大部分氯酸钠厂采用能耗低、产量高、设备战地面积小、且实现连续化生产的真空冷却结晶工艺。

       从电解工序来的电解液进入结晶器给料槽，经结晶器给料泵送入结晶器。在真空条件下，溶液沸点下降，水分不断蒸发，当氯酸钠达到饱和时，氯酸钠晶体就形成了。含氯酸钠晶体的浆料，由产品泵送离心机进行分离，分离后的母液返回结晶器，而晶体则进入干燥器，用热空气进行干燥。干燥后的成品贮存在成品贮槽内，进行包装外售。结晶器蒸发出的水分经冷凝后一部分在装置内使用，多余部分由废水池收集处理。结晶器母液由结晶器母液泵送母液槽，再由母液输送泵送电解工序。

3控制方案

3.1控制系统方案概述

       氯酸钠生产控制方案采用四方公司具有自主知识产权的CSPA-2000系统进行方案设计配置。

       CSPA—2000系统是新一代现场总线分布式过程控制系统。系统基于分散控制、集中管理的设计思想，采用控制权限下发、降低控制风险的设计理念，是一种适用于大型分布式控制领域的全系统解决方案平台，不仅能够满足工业行业的过程自动化、流程自动化，而且易于实现生产过程的管理控制一体化，能够广泛适用于各种大型工业自动化系统。CSPA—2000系统的基本部件包括监控主站系统（CyberControl）、自动化工艺开发环境（CyberLogic）、控制器、分布式I/O、分布式控制保护装置以及通信网络，并可通过标准的开放接口集成第三方智能设备，实现扩展功能。

       氯酸钠生产控制方案中，CSPA-2000系统采用分层分布式结构，自上而下依次为站控层、分布控制层、控制柜层，如下图所示：

4控制系统功能

4.1系统监视

       我公司根据氯酸钠后处理工序采用了高真空低温蒸发结晶新工艺，整个生产过程具有封闭和连续化的特点，采用CSPA—2000系统实现该生产过程的控制。下图为我公司产品监控画面应用图例：

在控制中心，远程手动启停设备；

或者切换到自动态，完全由控制系统自己调节控制；

全控制系统各设备分布显示；

管理控制系统各设备网状态信息；

全系统数据接入、数据处理；

用户管网、室温数据监视；

系统运行监视、重要参数监视、设备状态监视；

模拟量趋势监视。

4.2系统协调优化

系统设备（调节阀、循环泵、补水泵）远程控制；

系统根据运行过程中记录运行历史数据，确定控制系统中的进料出料流量、热循环温度和结晶器真空度、液位、密度等，并指导控制系统的成品产出，确保供需保持匹配，提高生产效率；

面向多套同型设备并网运行系统；

优化不同性质、不同效率的产出匹配运行，达到控制系统的稳定性和高效性；

统计分析运行系统参数，合理调配控制系统输出效率。

4.3系统实时及历史曲线

提供同坐标系、分坐标系、同限值和异限值类型曲线；

支持运行时更改曲线监测限值范围和时间轴；

支持曲线风格的动态改变，提供曲线分组功能；

窗口定制曲线与曲线通用模块。

4.4系统智能报警

报警内容覆盖全系统，为运行人员提供及时准确的故障信息；

报警记录分类管理，提供运行人员报警记录所属工序、报警等级、报警详细内容、报警时间等详细信息；

系统运行SOE记录提示及快速查询；

控制中心设备自诊断；

控制系统自诊断。

4.5系统操作日志

全息存储控制系统运行参数，包括历史数据、设备状态变位，系统运行事件、操作日志；

抛弃监控系统独立历史保存方式，采用实时历史库方式。

4.6系统报表

编辑工具格式兼容 Excel 工作表文件，支持各种柱形图、饼图嵌入；

报表数据源支持关联实时数据库和历史数据库，提供月平均值、最大值等多种数据；

统计功能；

报表保存可输出 Excel、csv、html 等多种文件格式；

在线打印功能。

4.7 系统管理分析

系统数据运行统计，控制系统参数统计，产出效率分析，系统设备全寿命周期管理；

系统用户安全管理，用户登录机制、多态运行模式、开机自动运行、屏蔽操作系统功能。