硝酸钠与亚硝酸钠化工装置自动化仪表优化设计研究

王倩悦

（石家庄凤山化工有限公司，河北 石家庄 050100）

摘  要：针对硝酸钠与亚硝酸钠生产装置中反应温度波动大与蒸发压力控制滞后及物料配比精度不足等问题，提出1套自动化仪表优化设计方案，结合中和反应段与蒸发浓缩段及结晶分离段的工艺特性，完成了温度、压力、流量、液位4类仪表的选型优化与测点布置改进，构建了基于DCS的多回路协调控制系统。生产验证结果表明，优化后反应温度控制精度由±3℃提升至±0.8℃，蒸发段真空度波动降低47%，碱液配比误差由1.2%降至0.3%，硝酸钠产品纯度由96.5%提高至98.6%，亚硝酸钠收率提升4.2个百分点，综合能耗下降13.8%，该方案有效提升了装置运行稳定性与产品质量。

关键词：硝酸钠；亚硝酸钠；自动化仪表；测点优化；DCS控制

硝酸钠与亚硝酸钠作为重要无机盐产品，其生产过程涉及酸碱中和与氧化还原及蒸发结晶等多道工序，对温度与压力及流量等参数的控制精度要求严格，中和反应段需精确控制反应温度以避免副反应，蒸发段需稳定真空度以保证浓缩效率，结晶段需协调温度与液位以控制晶粒粒度。传统仪表配置存在测点布置不合理与仪表响应滞后及控制回路单一等问题，制约产品质量与能耗水平，基于生产实际需求开展自动化仪表的选型优化与测点改进及控制系统集成设计，对提升硝酸钠与亚硝酸钠生产装置的自动化水平具有重要工程意义。

1 生产装置工艺特性与仪表控制需求

1.1 硝酸钠与亚硝酸钠生产工艺流程分析

硝酸钠生产采用纯碱与硝酸中和法，工艺流程包括碱液配制、中和反应、蒸发浓缩与结晶分离4个阶段。碱液配制需将纯碱溶解至质量分数为18%~20%，中和反应温度控制在85~95℃，蒸发浓缩段控制压力(真空度）在-0.09～-0.08MPa，结晶段冷却至40℃以下析出晶体。亚硝酸钠生产采用氢氧化钠吸收亚硝酸气体法，吸收塔内碱液温度需低于30℃以防分解，同时需精确控制气液配比。2种产品生产均涉及多相反应与相变过程，工艺参数波动直接影响转化率与纯度，对仪表测量精度与响应速度要求较高。

1.2 关键工序工艺参数与控制指标

主要工艺参数控制指标见表1。由表1可知，中和反应段温度波动需控制在+2℃以内，温度过高导致硝酸分解产生氮氧化物，过低则影响反应效率；蒸发段真空度波动应小于0.01MPa，否则造成溶液过饱和或欠饱和；物料配比精度是质量保证关键，碱液与酸液摩尔比偏差需控制在0.5%以内，配比失调会降低纯度并产生废液；液位控制影响反应器与蒸发器操作稳定性，液位波动引起传热面积变化进而影响温度控制。上述参数间存在强耦合关系，单一参数偏离会引发连锁反应，需建立多参数协调控制体系。

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