烧碱蒸发工序是氯碱企业一个必有的重要工序，也是一个典型的单元操作。这个工序有着高温、高压、易堵、冲刷、强腐蚀等特点，而且向来是氯碱企业劳动强度大、能耗高的岗位之一。烧碱蒸发的特点决定了在这个工序搞自动化控制的困难程度。我国的自动化工作者为此进行了20多年的不懈努九实现了一系列行之有效的控制方案，并取得了于世界同行的高水平数学模型。如大沽化工厂研究开发并大面积推广的烧碱蒸发微机控制系统，在国内外率先成功地实现了烧碱浓度的在线软测量和自动放5碱达到了极好的控制效果。下面仅将我厂研究的这套控制系统和在全国推广应用过程中发展的成果总结一下，与国内同行共商。

　　1国内烧碱蒸发工艺简述国内烧碱蒸发工艺种类较多，有：顺流工艺和逆流工艺（如沈阳化工厂的三效逆流）。在顺流工艺中又有很多种，有：三效顺流（如广州昊天化工厂、大沽化工厂等）、三效四体两段顺流（如大沽化工厂）、三双效顺流（如天津化工厂）等工艺，但在我国占主流的是三效顺流工艺。下面我们以三效顺流工艺为例，讨论烧碱蒸发的自动化控制技术三效顺流烧碱蒸发工艺流程简图见。

　　简单地说，蒸发工序的作用有两个：一是增浓，二是除盐。即将从金属阳极电解槽出来的电解液（含碱经若干个蒸发器的蒸发除水和若干个漩液分离器的分离除盐，变成含碱42（或45）、含盐2以下的成品液碱。所谓顺流是指加热蒸汽与物料的流向一致，都是从前向后；三效是指有3个（有的增加一个增浓罐）使烧碱浓度逐渐提高的强制循环蒸发器。三效顺流虽在吨碱耗汽上比三效逆流大得多，但它在工艺设备的材质及制造上要求不那么苛刻、操作容易以及I效向效属自然过料等特点而被我国大多数氯碱企业所采用。

　　2烧碱蒸发的数学模型及控制技术2.1烧碱蒸发的数学模型2.1.1液位电极结盐工艺故障诊断模型（Yi）目前实用的蒸发器内液位测量办法为电极棒立式测量。但由于碱中有较多的盐分和液面的沸腾波于现军等：烧碱蒸发工艺的自动化控制技术应用总结蒸发与固碱动，经常造成测量电极结盐而使液位的指示为假信便让操作人员作相应的处理，其工艺流程如（以号。在控制系统中必须随时诊断液位信号的虚实，以I效为例）所示。

　　Lim为0时为假液位；Lil为0时为假液位；Z1~Z8为Y1的中间变量；十为逻辑“异或”符号；为逻辑‘与“符号。

　　出料阀开足一定时间而L 1M和L1L仍为1（T1为IK12触发的时间继电器）时为假液位，则有：当Y1结果为1时，可以肯定地说电极由于结盐而测得假液位。Y1的结果可以作为报警，也可以作为控制冲洗水阀KS1的条件而实现自动冲洗。

　　加料管堵或阀堵故障诊断模型（Y2）正常情况下加料阀开时，液位从低位上升到中位的时间是基本不变的（不放料时）。如果加料阀开足一定的时间而中限液位灯仍未亮，则可说明加料管道或加料阀堵或部分堵，则有：（IK01L1L1MK12）T2（以I效为例，参见）。

　　洗罐计算模型（Y3）随着蒸发器的使用，罐的内壁会逐渐粘积一层盐而影响蒸发效率。因此在工艺操作上有“一天一小洗，三天一大洗”的洗罐操作。实际上洗罐的间隔不是固定不变的，它是受电解液含盐变化、蒸汽压力波动、罐内液位波动、冷却工序尖底盐的回蒸及漩液分离器固液比的调整等因素的影响而变化。在工程测试中我们发现蒸发罐二次汽与一次汽压力之比的变化能反映蒸发效率的变化。I效蒸发器洗罐计算模型框图见图I效蒸发器洗罐计算模型框图操作人员可据此判断漩液分离器的固液比是否合理以及是否进行洗罐操作。

　　蒸发与固碱氯碱工业21.4I效罐内碱浓度模型（，）目前，国内实现浓度测量的实用途径主要有两条：一是软测量，二是同位素仪表。前者是20世纪80年代我厂科技人员在国内尚没有用烧碱浓度测量仪表、国外浓度仪表（如音叉法）昂贵且不实用的情况下开发出来的，它是我国较早工程化的软测量模型之一。目前国内外仪表行业采用同位素原理研制成的浓度仪表已用于测量各种酸、碱等的浓度并获成功，但这种仪表在很多方面还有待完善，且价格偏高（国产3万~5万元/台，进口5万~10万元/台）。

　　理论上，在饱和氯化钠中的NaOH溶液浓度与沸点的关系为：代替即T3，GTw为真空度P3下对应的气相温度，C；0、ai、b0、bi、b2为常数；9为液相碱质量浓度。

　　实际上由于气相温度在测量上存在滞后，我们用测量真空度的手段来代替Tw，因为它们间存在如下关系：根据工程测试和计算机模拟，我们使用的浓度模―厶一厶「2―厶卜厶，则有：b29+bi9+A，=0解此一元二次方程即可得体积分数9.中，若令a0这就是传统上使用的温差法放碱依据。（2）式与（3）式的区别在于（2）式多了动态修正项ATi与AT2，而且用测得的真空度代替了气相温度。ATi修正的是碱中含盐变化造成的液相沸点的移动，而AT2修正的是冷却水的变化对真空度的影响。另外，当碱中含盐较少（2以下）并基本稳定时，42~45液碱的体积分数与其密度是基本线性的（40 ~ 46）经过对i00多组分析数据的小二乘法线性回归处理得出其关系为：根据测得的成品碱体积流量Fi和在线计算出的体积分数9及密度Y可在线算得折百的碱产量Gi. 2.2烧碱蒸发的生产控制模型2.2.i液位控制模型在本工序蒸发罐的液位测量及调节阀的选择同样由于存在冲刷、结晶、高温、高压、强腐蚀等原因而难以选用传统的模拟仪表。根据实践经验，用液位电极可做到多点位式测量，用两位式油压球阀来实现两位式调节，用布尔算式可实现复杂有效的开关控制。

　　为Ki2阀的逻辑控制图。

　　一般地，两位式控制阀或泵的布尔控制规律通式为：关闭条件n（开启条件lH+开启条件+自锁反馈信号）2.2.2自动放碱控制模型蒸发工序能够实现自动放碱是氯碱行业梦寐以求的愿望。实现自动放碱的关键是罐内浓度的测量。

　　我厂早在i987年实现了基于软测量模型的自动放碱。为基于2.i.4节浓度模型的自动控制框图。

　　实际上蒸发工序也可以实现准连续放碱将K30回流阀换成气动偏心旋转模拟量阀，（下转第34页）氯氢处理氯碱工业表3气化氯含氧量过高可能原因及处理对策原因解决方法精制塔废气排出压力太低适当提高气化氯废气压力热水箱温度偏低升高热水箱热水温度液氯进量太大减少液氯进料量气化氯废气阀门开度太小开大废气阀门表4改进后气化氯含氧量检测数据10曰期含氧量曰期含氧量曰期含氧量曰期含氧量停车3改进后的效果3.1运行效果改造后，四氯化碳装置正常运转生产，没再发生设备腐蚀事故，且乙烯单耗和气化氯单耗大幅度下降。

　　1997年与1998年四氯化碳运行情况对照见表5.表5 1997年与1998年四氯化碳运行情况对照表装置检修气化氯含水量气化氯含氧量乙烯气化时间运行费用（月平均）单耗氯单天万元产量/t耗/1注：1998年为11月份数据。

　　3.2效益计算节约乙烯费用（11月份）6270X4000=208.66（万元）节约气化氯费用（11月份）6270X800=355.88（万元）节约检修费用（11月份）共节约费用74（万元）（上接第26页）再设计一个智能的控制器即可。但I效的液位必须控制好，以免通过放碱回路跑真空而使浓度模型失真。

　　22.3多系统协调控制模型某些大型氯碱企业有不止一条液碱生产线，多的有三系或四系蒸发。它们共用一系液碱冷却和若干台脱水机，多个岗位之间存在着协调操作的问题。自动化程度高的企业不难解决这个问题，在此不再详述。

　　23烧碱蒸发的管理控制模型23.1违章操作报警模型蒸发工序较严重的违章操作就是手动过碱，使蒸发器液位过高时乏水带碱及I效浓度合格时不放碱或为赶产量手动放低碱。前者将影响锅炉的安全生产和造成环境污染，后者将增加汽耗。建立这类逻辑是比较容易的。如为监视蒸发器因手动操作而跑碱的报警模型。

　　23.2蒸发工序操作运行质量评价模型有的企业以班产量考核，有的企业则是比汽耗。

　　笔者认为下述的评价模型更为科学：Gkq为本工序的设计产碱量（折百）t G0Q为各班8h所用的蒸汽量，t/一般在0.20.4间，/越大说明操作质量越好。

　　3结束语烧碱蒸发工序不仅是一个危险、劳动强度大的岗位，而且还是一个耗能（耗蒸汽）多的岗位。我们所搞的烧碱蒸发的自动化工程在这两个方面都取得了显著的成效。10年来，我们已在全国同行业推广应用近40套，取得了极显著的社会经济效益。所开发的各种方案、模型可在各种工控机、DCS、PLC上实现。仅就降低液碱生产汽耗一项，以我厂1989年鉴定时测算的经济效益为18万元八万tNaOH）。如果氯碱企业将蒸发、脱水机、盐水制备等过程联在一起搞，解决大系统的耦合问题，将会更好地优化各工序的操作，产生更大的效益。

　　24收稿）