管東強

（上海氯堿化工股份有限公司，上海 201507）

1 改進樹脂塔再生控制的目的和方案

鹽水精制單元是離子膜法燒堿生產工藝的重要工序之一，該工序使用螯合樹脂和鹽水中的鈣鎂離子進行離子交換，降低鹽水中鈣鎂離子濃度，提供合格的精鹽水供電解單元使用。運行一段時間后，樹脂的交換容量接近飽和，必須進行樹脂再生，以恢復交換能力，否則，樹脂無法有效降低鹽水中的鈣鎂離子含量，超標鹽水進入電解槽后，將使離子膜性能不可逆轉地下降，造成燒堿電耗增加，生產成本大幅上升。

在目前普遍采用的三塔工藝中，樹脂塔的再生周期一般固定為24 h，而樹脂塔的容量是按照電解裝置的最大負荷時所需的鹽水量來設計的，即使電解裝置不是滿負荷運行，樹脂塔也是每隔24 h 進行1個塔的再生，此時，樹脂塔實際處理的鹽水量并未達到設計能力，即樹脂塔的容量未被充分利用。樹脂再生需要消耗鹽酸、燒堿和純水等化學品，同時排放酸、堿性廢水，樹脂的交換容量未使用充分就進行再生，顯然會造成樹脂和化學品的浪費。另外，在樹脂再生過程中，隨著環(huán)境酸堿性的變化，樹脂顆粒經(jīng)歷收縮、膨脹的過程，每次再生都會造成少量樹脂破碎，并在再生過程中排出樹脂塔外。減少不必要的再生次數(shù)無疑可以延長樹脂的使用壽命，減少樹脂的消耗。

目前，樹脂塔的運行控制逐步摒棄了早期的現(xiàn)場PLC 控制方式，轉而采用DCS 系統(tǒng)控制，再生過程的各步驟可以在系統(tǒng)中靈活設置，樹脂塔再生周期可在系統(tǒng)內更改，但必須根據(jù)裝置負荷情況確定合適的時長，且需隨負荷的變化及時調整，操作麻煩且有一定的風險，如果因疏漏或估計不足造成樹脂塔的超量運行，反而可能使不合格鹽水進入電槽，得不償失。因此，在實際生產控制中一般不會人為更改再生周期。

總之，改進目的是充分利用樹脂容量，減少再生次數(shù)、節(jié)約成本、減少廢水排放。

改進方案是將樹脂塔再生周期由時間控制改為處理鹽水總量控制。利用樹脂塔入口鹽水流量及累積量2個參數(shù)來控制再生開始時間，實現(xiàn)自動操作。原有固定24 h 周期的控制方式作為備用。

目前普遍使用的三塔工藝的控制方案分為三塔運行（圖1）和二塔運行（圖2）2種方式，以下分別就該2種方式的流程及改進方法進行說明。

三塔運行的控制程序是：A、B 投入運行，開始計時，同時C 塔開始再生，C 塔再生完成后，串聯(lián)到A、B 塔后面，A、B、C 3塔共同運行，當運行時間達到24 h 后，將第一位樹脂塔A 塔切出流程，開始再生，剩余B、C 2塔運行。切出時，時間清零，重新開始計時，A 再生結束后，立即串聯(lián)到第三位，開始B、C、A 3塔運行，運行時間滿24 h 后，進入下一再生周期，依次循環(huán)。

改進方案是，將再生開始條件改為樹脂塔處理鹽水累積量達到設定值時開始再生。再生開始的同時，累積量清零，重新開始累積。設定值參考樹脂塔設計處理能力。假設處理能力為Q，A、B 塔投入運行，C 塔開始再生，進塔鹽水量開始累積，C 塔再生完成后，A、B、C 3塔串聯(lián)運行；鹽水累積量若小于Q，則保持A、B、C 塔運行，直至累積量等于或大于Q時，將A 塔切出系統(tǒng)，開始再生。同時，累積量清零，重新開始累積。

在二塔運行的方式中，始終是2塔串聯(lián)使用，其間，另一樹脂塔進行再生，再生各步驟所需時間總和為24 h，再生完畢的樹脂塔立即切入流程成為后塔，同時，原先在用的前塔切出系統(tǒng)，開始再生。流程中的樹脂塔以A、B→B、C→C、A 的順序進行輪換。再生步驟見表1，其中，步驟‘等待1'、‘等待2'的時間可以修改設定，不會影響再生質量。

表1 二塔運行方案的樹脂塔再生步驟

改進方案是，將步驟‘鹽水置換'開始的引發(fā)條件更改為，預計剩余運行時間小于（f+g）時，即‘等待1'的時長是變動的，其他各步驟的時間a、b、c、d、f、g保持不變。

預計剩余運行時間T=（設定的鹽水處理量Q-已處理鹽水累積量q）/當前鹽水流量F

滿足引發(fā)條件后，開始步驟‘鹽水置換'，在步驟‘等待2'結束后，進行樹脂塔的切換，同時‘已處理鹽水累積量'清零，重新開始累積。和原方案相比，改變的是‘等待1'的時長，不會影響樹脂再生效果。假設在再生程序中，f+g 需要4 h，鹽水總處理量設定為5 000 m3，當前鹽水流量為200 m3/h，累積處理鹽水量為4 000 m3，則預計剩余運行時間T=（5 000-4 000）/200=5 h，此時繼續(xù)保持“等待1”步驟，直至T 小于或等于4時，開始“鹽水置換”步驟，并在“等待2”結束后將再生好的塔切入流程。

2 故障處理

和原控制方法相比，改進后的方案中增加的一個影響因素是進塔鹽水的計量。流量計計量正確，才能保證再生程序正確運行，當流量計故障時，程序無法判斷樹脂塔開始再生的正確時機，因此，可以切換到原控制方式，按固定周期執(zhí)行樹脂再生程序。同時，通過設置適當?shù)膱缶担斄髁砍霈F(xiàn)異常時，提醒操作人員檢查確認。

3 效益估算

改進后，節(jié)約的成本和樹脂塔的規(guī)模有關，單塔容量越大，再生消耗的化學品以及產生的廢水越多，以15萬t/a燒堿裝置的配套樹脂塔為例，單次再生成本約六千元，產生廢水約一百五十立方米。以年運行8 000 h（333天）計算，采用原控制方式，1套裝置的樹脂塔每天再生1臺，全年再生333次；改為處理量控制后，假設電解全年平均負荷為80%，則樹脂塔再生次數(shù)同樣只需80%，333×0.8=266.4（次）。減少再生次數(shù)66次。

4 總結

用實際處理的鹽水量來決定樹脂塔開始再生的時間，較固定周期的再生控制方式更為合理。同時，在設定目標鹽水處理量時，可以綜合考慮一次鹽水中的鈣、鎂控制水平，塔內樹脂的裝填量、性能狀況等因素，設定合理的目標處理量，從而達到既能充分利用樹脂容量，減少浪費，又能確保出塔鹽水質量合格的目的。