盐水膜法除硝蒸发系统自动化改造

戴相进

（南通江山农药化工股份有限公司，江苏 南通226017）

1 装置概述

原设计中以靶式流量开关作为检测盐水流动信号，一旦检测到流量信号时，蒸发器控制系统开始工作。蒸发器出口盐水温度与气相温度导阀构成单控制回路。温度传感器所采集的不锈钢卧式蒸发器出口盐水温度值与温度控制器上的设定值进行比较，给出控制信号，经温度导阀的作用调节气相管路主阀，改变蒸发器内冷媒的蒸发量，使出口盐水温度保持相对恒定；当出口温度低于设定值时，由电子调节器发出信号，经温度导阀作用，关小主阀，使蒸发压力升高；当出口温度高于设定值时，由电子调节器发出信号，经温度导阀作用，开大主阀，使蒸发压力降低，从而保证出水温度保持在规定范围内。蒸发器设置下列保护功能。

（1）蒸发器冷媒液位采用浮球开关控制，当达到高液位时，关闭伺服主控膨胀阀（电磁导阀断电），蒸发器停止进冷媒，同时发出声光报警信号。

（2）当不锈钢卧式蒸发器出口温度达到下限时，停止回气主阀工作（电磁导阀断电），从而达到低温保护。

（3）当蒸发器超压时，压力导阀（LP）控制主阀强行开启，降低不锈钢卧式蒸发器内压力到设定压力之下，以确保设备安全和系统压力稳定。

2 运行时存在的问题及原因分析

（1）蒸发器初始投入运行时氟里昂进液量大，靶式流量开关一旦检测到有盐水流过时冷媒供液阀打开，大量冷媒进入蒸发器气化，使盐水温度急剧下降，芒硝结晶析出，粘附在蒸发器列管管壁上，从而导致换热效果下降；严重时堵塞列管，须打开蒸发器封头用水或蒸汽对列管进行疏通或用热水溶化，清洗工作量大，温差变化大，容易引起列管焊缝开裂，设备损坏。

（2）靶式流量开关传感器探头容易腐蚀失效。靶式流量开关传感器探头由于选材有误，不耐盐水腐蚀，使用一段时间后腐蚀掉落，流量计故障。为维持蒸发器运行，将靶式流量开关旁路开关打开，使靶式流量开关失效，无法监控盐水流量，如果开车时盐水未进入蒸发器控制系统就送电，整个系统开始工作，大量冷媒进入蒸发器得不到气化而产生大量积液。运行过程中如果盐水流量低或缺失，会导致列管内物料结晶堵塞。

（3）蒸发器列管结晶堵塞不能第一时间发现。蒸发器是否结晶堵塞只能从循环泵出口压力上升及盐水温度上升来判断，一旦压力或温度异常，列管已堵塞非常严重。

（4）蒸发器内进冷媒量没有检测设备，无法实时显示蒸发器内冷媒量。浮球阀控制液位不精确，可靠性差，失灵后引起蒸发器内冷媒过多来不及气化或进冷媒量不足，导致蒸发器工作不正常。

（5）清洗蒸发器全部人工操作，在发现换热效果差时须停下来进行清洗操作，阀门动作全部现场人工切换，花费人力且时间比较长，且清洗效果只能凭经验判断，往往存在清洗不彻底的情况。

3 自动化改造内容

为了解决以上存在的问题及提升自动化水平，并可远程DCS进行自动、手动操作，改造内容如下。

（1）盐水流量信号检测。将目前蒸发器进口靶式流量开关取消，在其出口增加流量计，在盐水流量达额定流量的80%时逐步开启冷媒供液阀。在正常运行时当流量降低10%说明蒸发器列管局部堵塞或循环泵有异常，此时关闭冷媒供液阀，待流量恢复正常时再自动打开冷媒供液阀，如在30 min内盐水流量不能恢复，则提醒员工执行蒸发器切换流程。

（2）蒸发器液位检测与控制。目前蒸发器液位用浮球阀控制，当液位达高限时关闭冷媒供液阀，蒸发器内冷媒液位不能精准控制，换热效率波动大。为了精准控制蒸发器液位，防止积液或缺液，将浮球阀控制液位改为液位变送器和调节阀控制，冷媒供液管线增加调节阀进行调节。同时设定相应保护，当循环泵无运行信号、盐水流量低于额定流量80%或盐水低温时调节阀自动关闭。

（3）蒸发器切换。目前依靠人工进行切换，在蒸发器的进出口将原手动阀改为气动切断阀，在DCS设定相应的切换程序。切换时动作顺序为拟投入运行蒸发器出口打开—拟投入运行蒸发器进口打开—拟退出运行蒸发器进口关闭—拟退出运行蒸发器出口关闭。

（4）清洗自动化。在蒸发器原清洗进出口管道上将手动阀改为气动切断阀，以回收盐水作为清洗液，在执行清洗程序时先打开出口阀，启动回收盐水泵，然后打开进口阀，以流量逐步上升至稳定流量为清洗合格的判断条件，停止清洗程序，蒸发器处于备用状态。

（5）蒸发器的安全保护。利用原保护系统，不作改动。

（6）盐水温度控制改进。原出口盐水温度与冷媒气相温度导阀构成单控制回路，实际运行时，因换热和盐水温度检测有滞后，温度导阀CVQ动作频繁，且盐水温度有波动，温度控制不平稳。分析影响盐水温度的因素为冷媒蒸发量和盐水流量。改进控制回路，将出口温度和出口盐水流量与冷媒气相温度导阀组成双回路控制系统，温度和导阀为主回路，盐水流量和导阀为副回路，可以消除盐水流量波动对盐水出口温度造成的干扰，控制回路示意图见图1。

图1 控制回路示意图

4 改造后运行总结

经过以上改造，设备投入运行后取得了良好的效果。

（1）人力资源优化。在DCS上监控蒸发器运行情况非常直观，并能远程操控蒸发器的切换、清洗，现场原来需配备1人值守操作，改造后基本实现了无人值守。

（2）蒸发器堵塞不易出现。蒸发器连续运行一个月未出现换热效果下降，盐水出口温度几乎没有波动，说明了冷媒蒸发量得到精准控制。从而保证了膜法除硝装置稳定运行。

（3）工作强度降低。蒸发器的切换和清洗以前全部靠人工现场操作，改造后全部由DCS控制自动进行，且清洗效果有量化判断指标，延长了设备稳定运行的时间。