制鹽蒸發(fā)設(shè)備的自動排鹽控制

王天河

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300451)

在蒸發(fā)制鹽生產(chǎn)過程中蒸發(fā)設(shè)備排鹽是屬于一個間歇的過程，因?yàn)辂}晶體顆粒和水組成的鹽漿必須達(dá)到一定的固液比才能排鹽，進(jìn)而進(jìn)入下一步的離心機(jī)進(jìn)行脫水，以保證離心機(jī)的穩(wěn)定性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)排鹽和測量固液比的方式，勞動強(qiáng)度大、測量結(jié)果人為的主觀性大、及時性差、危險性高，最重要的是全程需要人工參與不能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)設(shè)備的自動化排鹽。

1 多效蒸發(fā)制鹽工藝與MVR制鹽工藝

1.1 多效蒸發(fā)制鹽工藝

多效蒸發(fā)制鹽也稱為真空制鹽，一般是對多效正壓和真空(負(fù)壓)蒸發(fā)并用的制鹽裝置的簡稱。真空蒸發(fā)制鹽是根據(jù)鹵水沸點(diǎn)隨壓力減低而下降的規(guī)律，在壓力遞減的多效蒸發(fā)罐組中，用生蒸汽(新鮮蒸汽)加熱一效蒸發(fā)罐的鹵水，使之沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽用作次效蒸發(fā)罐的熱源，并按照所設(shè)效數(shù)依次傳遞，多次利用二次蒸汽，使各效蒸發(fā)罐中的鹵水蒸發(fā)析鹽。多效蒸發(fā)制鹽的主要設(shè)備是蒸發(fā)罐，蒸發(fā)罐由加熱室和蒸發(fā)室組成，加熱室的殼體中，有上下花板和固定在花板間的加熱管束。加熱蒸汽經(jīng)蒸汽管道進(jìn)入殼體，鹵水由下而上在加熱管中循環(huán)，通過加熱管壁的熱交換，使鹵水溫度升高，并進(jìn)入蒸發(fā)室。當(dāng)鹽漿達(dá)到一定固液比才能排鹽，因此對制鹽蒸發(fā)設(shè)備的排鹽控制至關(guān)重要。

1.2 MVR制鹽工藝

MVR是機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)(mechanical vapor recompression)的簡稱，是利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)的機(jī)械做功提升為高品位的蒸汽熱源。MVR技術(shù)與多效蒸發(fā)制鹽技術(shù)均是利用蒸汽潛熱進(jìn)行加熱，不同的是該技術(shù)只需在開車階段引入少量蒸汽維持系統(tǒng)至正常運(yùn)行，而后利用蒸汽壓縮機(jī)壓縮二次蒸汽作為熱源進(jìn)入系統(tǒng)加熱鹵水，正常運(yùn)行后只需補(bǔ)充少量蒸汽或完全不用補(bǔ)汽即可滿足生產(chǎn)要求。

無論是多效蒸發(fā)制鹽工藝，還是MVR制鹽工藝，都是通過加熱蒸發(fā)鹵水析鹽的過程，排鹽控制都一樣，需要達(dá)到一定固液比才能排鹽。

2 制鹽蒸發(fā)設(shè)備的液位與鹽漿的密度測量

在蒸發(fā)制鹽的實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鹽漿的密度和固液比之間有著特定的關(guān)系。鹽漿的固液比可以通過測量鹽漿的密度來反映出。鹽漿的密度測量可以根據(jù)公式P=ρgh求出，其中g(shù)為重力加速度，h為高度差，如果測量出高度差產(chǎn)生的壓強(qiáng)P，即可求出鹽漿的密度ρ，選用壓力變送器作最終測量傳感器進(jìn)行壓力的測量。壓力變送器的安裝位置見圖1。P1、P2、P3分別為三臺壓力變送器制鹽蒸發(fā)設(shè)備上的三個安裝測量點(diǎn)，其中P2與P3兩個測壓點(diǎn)之間的距離為h1，取壓點(diǎn)P2和P3確定后，h1即為定值。h2為蒸發(fā)設(shè)備的鹽漿的液位高度，是不斷變化的，也是所要測量的蒸發(fā)設(shè)備的液位高度。從圖1看出,P1為汽相取壓點(diǎn)，P2和P3為液相取壓點(diǎn)，三個取壓點(diǎn)的數(shù)值從三臺壓力變送器上測量出來，相當(dāng)于已知量。

圖1 三臺壓力變送器在蒸發(fā)設(shè)備取壓點(diǎn)位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of three pressure transmitters at the pressure tapping points of evaporation equipment

在以上蒸發(fā)設(shè)備壓力測量時P1、P2、P3中，其中P2、P3兩測量點(diǎn)變送器的膜片需要直接與鹽漿物料相直接接觸，這樣會產(chǎn)生兩個問題：一個是壓力變送器膜片腐蝕問題，腐蝕后會使變送器的使用壽命減少，可以選用耐鹽腐蝕的哈氏合金或者鉭材質(zhì)加以克服；第二個問題是壓力變送器膜片上容易結(jié)晶結(jié)垢，影響壓力變送器的測量精度，嚴(yán)重時無法準(zhǔn)確測量，可以采用插入式單法蘭壓力變送器，并且在安裝法蘭的短節(jié)處加以沖洗水。插入式單法蘭壓力變送器主要由隔離膜片、插入筒體、固定法蘭、變送器本體等組成。其中插入的筒體的插入深度需要根據(jù)實(shí)際短節(jié)長度確定，一般插入深度距離管壁距離30 mm～50 mm之間，這樣有效地減少了鹽漿在膜片上的結(jié)晶，液位沖洗水留出沖洗位置。

3 鹽漿固液比與鹽漿密度和差壓值之間的關(guān)系

3.1 鹽漿固液比與密度的關(guān)系

根據(jù)制鹽蒸發(fā)設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)過程中通過每隔0.5 h人工取樣測得鹽漿固液比的大量樣本，對比取樣時DCS控制系統(tǒng)采集的壓力值計算出的鹽漿密度對應(yīng)的關(guān)系。

當(dāng)固液比為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%時，溶液的密度為1.210 kg/m3、1.265 kg/m3、1.323 kg/m3、1.379 kg/m3、1.434 kg/m3、1.492 kg/m3、1.549 kg/m3。

3.2 鹽漿固液比與差壓值的關(guān)系

將以上數(shù)據(jù)代入P31=ρgh1(g取9.8 N/kg,h1取1 m) ,得到固液比與差壓P31對應(yīng)數(shù)據(jù)。

當(dāng)固液比為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%時，P31壓差為11.858 kPa、12.397 kPa、12.965 kPa、13.514 kPa、14.053 kPa、14.621 kPa和15.170 kPa。

用y表示P31的差壓變量，用x表示鹽漿固液比，得到一次線性函數(shù)表達(dá)式y(tǒng)=0.054x+11.858,把此一次線性函數(shù)表達(dá)式輸入DCS控制程序，即可通過壓力送器實(shí)時檢測的壓差值P31計算出所對應(yīng)的固液比。

4 通過DCS控制器對蒸發(fā)設(shè)備排鹽的閉環(huán)控制

當(dāng)DCS控制系統(tǒng)檢測到固液比符合排鹽要求的范圍時，控制器發(fā)出指令，執(zhí)行器控制閥接收指令打開排鹽；當(dāng)DCS控制系統(tǒng)檢測到固液比超出排鹽要求的范圍，控制器再次發(fā)出指令，執(zhí)行器控制閥關(guān)閉不在排鹽。這樣固液比檢測和排鹽控制閥之間形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。