制盐蒸发设备的自动排盐控制

王天河

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300451)

在蒸发制盐生产过程中蒸发设备排盐是属于一个间歇的过程，因为盐晶体颗粒和水组成的盐浆必须达到一定的固液比才能排盐，进而进入下一步的离心机进行脱水，以保证离心机的稳定性和运行的经济性。传统排盐和测量固液比的方式，劳动强度大、测量结果人为的主观性大、及时性差、危险性高，最重要的是全程需要人工参与不能实现蒸发设备的自动化排盐。

1 多效蒸发制盐工艺与MVR制盐工艺

1.1 多效蒸发制盐工艺

多效蒸发制盐也称为真空制盐，一般是对多效正压和真空(负压)蒸发并用的制盐装置的简称。真空蒸发制盐是根据卤水沸点随压力减低而下降的规律，在压力递减的多效蒸发罐组中，用生蒸汽(新鲜蒸汽)加热一效蒸发罐的卤水，使之沸腾蒸发，产生的二次蒸汽用作次效蒸发罐的热源，并按照所设效数依次传递，多次利用二次蒸汽，使各效蒸发罐中的卤水蒸发析盐。多效蒸发制盐的主要设备是蒸发罐，蒸发罐由加热室和蒸发室组成，加热室的壳体中，有上下花板和固定在花板间的加热管束。加热蒸汽经蒸汽管道进入壳体，卤水由下而上在加热管中循环，通过加热管壁的热交换，使卤水温度升高，并进入蒸发室。当盐浆达到一定固液比才能排盐，因此对制盐蒸发设备的排盐控制至关重要。

1.2 MVR制盐工艺

MVR是机械式蒸汽再压缩技术(mechanical vapor recompression)的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。MVR技术与多效蒸发制盐技术均是利用蒸汽潜热进行加热，不同的是该技术只需在开车阶段引入少量蒸汽维持系统至正常运行，而后利用蒸汽压缩机压缩二次蒸汽作为热源进入系统加热卤水，正常运行后只需补充少量蒸汽或完全不用补汽即可满足生产要求。

无论是多效蒸发制盐工艺，还是MVR制盐工艺，都是通过加热蒸发卤水析盐的过程，排盐控制都一样，需要达到一定固液比才能排盐。

2 制盐蒸发设备的液位与盐浆的密度测量

在蒸发制盐的实际生产中发现，盐浆的密度和固液比之间有着特定的关系。盐浆的固液比可以通过测量盐浆的密度来反映出。盐浆的密度测量可以根据公式P=ρgh求出，其中g为重力加速度，h为高度差，如果测量出高度差产生的压强P，即可求出盐浆的密度ρ，选用压力变送器作最终测量传感器进行压力的测量。压力变送器的安装位置见图1。P1、P2、P3分别为三台压力变送器制盐蒸发设备上的三个安装测量点，其中P2与P3两个测压点之间的距离为h1，取压点P2和P3确定后，h1即为定值。h2为蒸发设备的盐浆的液位高度，是不断变化的，也是所要测量的蒸发设备的液位高度。从图1看出,P1为汽相取压点，P2和P3为液相取压点，三个取压点的数值从三台压力变送器上测量出来，相当于已知量。

图1 三台压力变送器在蒸发设备取压点位置示意图Fig.1 Schematic diagram of three pressure transmitters at the pressure tapping points of evaporation equipment

在以上蒸发设备压力测量时P1、P2、P3中，其中P2、P3两测量点变送器的膜片需要直接与盐浆物料相直接接触，这样会产生两个问题：一个是压力变送器膜片腐蚀问题，腐蚀后会使变送器的使用寿命减少，可以选用耐盐腐蚀的哈氏合金或者钽材质加以克服；第二个问题是压力变送器膜片上容易结晶结垢，影响压力变送器的测量精度，严重时无法准确测量，可以采用插入式单法兰压力变送器，并且在安装法兰的短节处加以冲洗水。插入式单法兰压力变送器主要由隔离膜片、插入筒体、固定法兰、变送器本体等组成。其中插入的筒体的插入深度需要根据实际短节长度确定，一般插入深度距离管壁距离30 mm～50 mm之间，这样有效地减少了盐浆在膜片上的结晶，液位冲洗水留出冲洗位置。

3 盐浆固液比与盐浆密度和差压值之间的关系

3.1 盐浆固液比与密度的关系

根据制盐蒸发设备的实际生产过程中通过每隔0.5 h人工取样测得盐浆固液比的大量样本，对比取样时DCS控制系统采集的压力值计算出的盐浆密度对应的关系。

当固液比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%时，溶液的密度为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 盐浆固液比与差压值的关系

将以上数据代入P31=ρgh1(g取9.8 N/kg,h1取1 m) ,得到固液比与差压P31对应数据。

当固液比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%时，P31压差为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的差压变量，用x表示盐浆固液比，得到一次线性函数表达式y=0.054x+11.858,把此一次线性函数表达式输入DCS控制程序，即可通过压力送器实时检测的压差值P31计算出所对应的固液比。

4 通过DCS控制器对蒸发设备排盐的闭环控制

当DCS控制系统检测到固液比符合排盐要求的范围时，控制器发出指令，执行器控制阀接收指令打开排盐；当DCS控制系统检测到固液比超出排盐要求的范围，控制器再次发出指令，执行器控制阀关闭不在排盐。这样固液比检测和排盐控制阀之间形成了闭环控制系统。