一种电解硫酸钠溶液循环利用智能控制系统的制作方法

本发明涉及冶金行业电解硫酸钠溶液循环利用的技术，具体而言应用于不锈钢冷连轧退火酸洗生产线的电解硫酸钠溶液的循环处理、污泥处置过程的自动控制。

背景技术：

在不锈钢冷连轧退火酸洗生产线的酸洗过程中，采用电解硫酸钠酸洗能有效提高带钢的表面处理质量，使其表面均匀一致，并降低酸洗成本，但酸洗过程中也存在以下问题：

1、产生的废电解液中含有大量高毒性的六价铬离子，直接排放会对环境造成严重的污染。

2、在电解过程中电解液会产生大量的游离氢离子使得溶液逐渐呈现酸性，如果不加以处理会对管道、设备造成腐蚀，减少管道、设备使用寿命。

3、酸洗过程长时间运行后电解液中容易生成大量的铁离子、铬离子氧化沉淀物淤积，不加以处理会堵塞酸洗管道。

工艺层面，针对上述问题一般采取给废电解液中添加20%nahso3溶液还原六价铬离子，添加16%h2so4溶液调节六价铬还原环境，添加20%naoh溶液调节还原后电解硫酸钠液ph值以及增加污泥压滤设施处置污泥。由于硫酸钠溶液的处理过程涉及强酸、强碱以及废电解液中含有强毒性的六价铬化合物，因此设计一种全流程的智能化自动控制系统尤为重要。

技术实现要素：

为了减少产线上涉及电解硫酸钠溶液处理的工作流程，降低操作人员现场工作量，同时，通过人机界面为操作人员和产线管理人员提供智能化的、准确的、实时的电解硫酸钠处理过程信息，本发明提供安全可靠的、智能化的一种电解硫酸钠溶液循环利用智能控制系统。

本发明技术方案：

一种电解硫酸钠溶液循环利用智能控制系统，由制备与投加系统和循环处理系统组成。

所述制备与投加系统包括亚硫酸氢钠（nahso3）制备子系统、亚硫酸氢钠（nahso3）制备罐温度控制子系统、氢氧化钠（naoh）制备子系统、氢氧化钠（naoh）制备罐温度控制子系统、亚硫酸氢钠（nahso3）投加罐液位控制子系统、硫酸（稀释h2so4）投加罐液位控制子系统、氢氧化钠（naoh）投加罐液位控制子系统。

用于制备电解硫酸钠溶液净化回收中需要使用的20%nahso3溶液和20%naoh溶液以及稀释后的16%h2so4溶液。当每个子系统选择自动时，系统会根据各个罐体液位自动往制备罐注入凝结水、配置溶液或者当投加罐液位低于最低也为时从制备罐往投加罐中加入配置好的溶液。

制备罐的药剂配置人工加料（nahso3或者naoh药剂粉末）智能提示系统，浓硫酸（h2so4）投加罐能够自动完成注水、自动投加98%浓硫酸溶液、搅拌投加的过程，并且在过程中给出了投加量的具体信息。

循环处理系统包括还原罐控制子系统、控制罐控制子系统、循环罐控制子系统、污泥处置控制子系统、最终控制罐控制子系统、硫酸钠溶液输送循环控制子系统。

循环处理系统将冷轧处理线上的硫酸钠溶液通过在还原罐中添加亚硫酸氢钠在酸性条件下进行还原，去除里面的六价铬，在控制罐中添加氢氧化钠将还原后的三价铬以及溶液中含有的铁离子中和为沉淀物在沉淀罐中沉淀，通过压滤机去泥后在将溶液送往冷轧线。

所述还原罐控制子系统包括ph值调节和orp值调节。

ph值调节：选择自动时，ph值自动调节器投入运行，程序自动控制20%硫酸溶液投加阀的打开、关闭以调节ph值，将还原罐的溶液ph值控制在设定值。需要注意的是待还原的电解硫酸钠溶液ph为4.5，而对六价铬离子进行还原反应时需要调节ph值处于2.3-2.8时才能充分还原，所以此处的ph设定值不易过高，但是过低也会带来后续的ph调节罐需要大量投加naoh溶液才能中和沉淀。

orp值调节：选择自动时，orp值自动调节器投入运行，程序自动控制亚硫酸氢钠溶液投加阀的打开、关闭以调节orp值，未还原的硫酸钠溶液orp值在1000左右，表示溶液中六价铬的含量很高。一般设定为250以下可以有效还原溶液中的六价铬，操作人员可以根据工艺要求自行设定还原值。

所述控制罐控制子系统通过在控制罐中添加氢氧化钠溶液对还原后的硫酸钠溶液进行ph值调节，以使还原生成的三价铬和溶液中含有的铁离子中和沉淀。

选择自动时，ph值自动调节器投入运行，程序自动控制氢氧化钠溶液投加阀的打开、关闭以调节ph值。

所述循环罐控制子系统主要用于控制循环罐液位和最终控制罐的液位，使还原后的电解溶液能够有效匹配系统还原能力和污泥处置能力，同时保证还原沉淀后的硫酸钠溶液得到有效沉淀。

所述处理后的硫酸钠溶液通过沉淀罐溢流至最终控制罐。沉淀罐中已还原、中和溶液中的絮状沉淀物经过一定时间沉淀后通过压滤机进行过滤、压饼污泥处置控制子系统需要确保压滤机的处置液入口压力稳定达到压力要求的设定值，并且自动控制整套压滤过程，以及压滤结束后的反洗、管道冲洗流程。

所述最终控制罐控制子系统对处理后硫酸钠溶液ph值的进一步调节，通过控制循环泵的运行往线上送回硫酸钠溶液。

ph值调节：选择自动时，ph值自动调节器投入运行，自动程序通过控制20%氢氧化钠溶液投加阀和硫酸溶液投加阀的打开、关闭以调节ph值。

考虑到最终控制罐需要对处理后的硫酸钠溶液做ph值调节控制，所以最终控制罐采用工频泵加回流阀的输送模式。

所述硫酸钠溶液输送循环控制子系统，在投入循环处理系统的还原罐控制子系统的orp值、ph值控制程序，控制罐控制子系统的ph值控制程序以及最终控制罐控制子系统的ph值控制程序之前要确保净化系统和处理线的硫酸钠溶液循环已经建立。

输送循环系统的建立通过硫酸钠电解端循环泵组、还原溶液段输送泵组、最终控制罐的循环泵组以及电解段净化硫酸钠溶液入口阀协调控制实现，泵组之间配合运行需要设定各个子系统的运行参数。

此外，在上述的系统中，还原罐中投加配置的20%nahso3溶液和稀释的16%硫酸溶液，控制罐中投加配置的20%naoh溶液，从药剂溶液的投加到ph值发生变化，到与硫酸钠溶液中存在的六价铬离子发生完全化学反应，整个过程存在相当大程度的滞后，给过程控制带来极大的困难，而且orp的变化范围很大（-100.0~1000.0）。这种情况下，在更换带钢型号或者待处理硫酸钠溶液流量发生较大波动时容易对系统造成较大的超调，同时也会带来药剂的浪费，鉴于这些弊端，本发明设计了基于sigmoid函数的动态限幅控制器。

sigmoid函数定义为，（e为常数）该函数的定义域为(-∞,+∞)，值域为(0,1)，由图像特性可知，sigmoid函数σ(x)在x=0附近接近线性函数f(x)=x，往两边逐渐趋于平缓，当x<-6或者x>6时函数值就基本不变。

所以，本发明设计采用的控制器利用将待还原溶液的orp值映射到sigmoid函数的定义域(-4.0,6.0)，再计算对应的sigmoid函数的值作为过程控制器的限幅参考值。

通过基于sigmoid函数的动态限幅orp控制器很好的解决了过程值变化范围大和过程存在较大延迟的问题。

本发明的循环处理系统实现了废电解硫酸钠溶液循环、溶液自动调节还原环境ph值、溶液自动还原过程控制、还原后溶液自动改善ph值、沉淀污泥全自动处置以及还原处理后的可循环利用的电解硫酸钠溶液回返生产线，全流程实现了智能自动化控制，全程无需人工干预。

本发明实现了对电解硫酸钠溶液的还原控制算法高效、稳定、高精度，可以有效控制电解硫酸钠溶液的还原过程。

附图说明

图1是本发明中制备和投加控制系统的结构方框图。

图2是本发明中循环处理系统的结构方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明的实施涉及一种电解硫酸钠溶液循环利用的控制系统，如图1所示本发明的实施包括制备和投加控制系统、循环处理系统以及各自的控制子系统。

亚硫酸氢钠制备子系统、亚硫酸氢钠制备罐温度控制子系统、氢氧化钠制备子系统、氢氧化钠制备罐温度控制子系统、亚硫酸氢钠投加罐液位控制子系统、硫酸投加罐液位控制子系统、氢氧化钠投加罐液位控制子系统构成制备系统，各个子系统之间存在逻辑和时序上的关联关系。

当亚硫酸氢钠溶液制备子系统及温度控制子系统选择自动，若亚硫酸氢钠制备罐液位低于低液位（默认值1.8m），系统打开注水阀门自动往制备罐注入凝结水、当出现橙色提示的亚硫酸氢钠加料信息时，表示此时系统已经完成自动注水，此时温度控制子系统会自动投入运行，调节溶液温度不低于设定值（36度）。当工人在制备罐添加完亚硫酸氢钠药剂时，操作人员需要点击画面上人工加料完成按钮确认以完成溶液配置。

当氢氧化钠溶液制备子系统及温度控制子系统选择自动，若氢氧化钠制备罐液位低于低液位（默认值1.5m），系统打开注水阀门自动往制备罐注入凝结水、当出现橙色提示的氢氧化钠加料信息时，表示此时系统已经完成自动注水，此时温度控制子系统会自动投入运行，调节溶液温度不低于设定值（36度）。当工人在制备罐添加完氢氧化钠药剂时，操作人员需要点击画面上人工加料完成按钮确认以完成溶液配置。

当亚硫酸氢钠投加罐液位控制子系统选择自动，控制程序会根据投加罐当前液位进行补充液位的自动控制，当液位低于低液位（0.2m）时打开亚硫酸氢钠添加阀门，启动亚硫酸氢钠输送泵开始补充溶液；当液位达到结束位置时关闭阀门，停止输送泵。

当硫酸投加罐液位控制子系统选择自动，程序会根据液位设定值进行自动注水，在注水完成后提示加料。当出现橙色提示的浓硫酸加料信息时，表示此时系统已经完成自动注水，此时自动加料程序会根据注水量计算出需要添加浓硫酸的量，自动打开浓硫酸阀门，启动浓硫酸传输泵往投加罐注入控制程序定量计算的浓硫酸，完成后自动关闭阀门，停止传输泵。

当氢氧化钠投加罐液位控制子系统选择自动，控制程序会根据投加罐当前液位进行补充液位的自动控制，当液位低于低液位（0.2m）时打开氢氧化钠添加阀门，启动亚氢氧化钠输送泵开始补充溶液；当液位达到结束位置时关闭阀门，停止输送泵。

本实施实例中的制备与投加系统中各个子系统的实现，且系统设计实现了最小人工干预的设计目标，并且提供了人性化的互动方式。

还原罐控制子系统、控制罐控制子系统、循环罐控制子系统、污泥处置控制子系统、最终控制罐控制子系统、硫酸钠溶液输送循环控制子系统构成循环处理系统，各个子系统之间存在逻辑和时序上的关联关系。

还原罐控制子系统：控制罐的控制包括ph值调节和orp值调节，选择自动，ph值调节自动控制程序投入运行，程序自动控制16%硫酸溶液阀的打开、关闭以调节ph值，将还原罐的溶液ph值控制在设定值（3.2）以下；orp值调节自动控制程序投入运行，程序自动控制亚硫酸氢钠溶液阀的打开、关闭以调节orp值。

控制罐控制子系统：选择自动，程序自动控制氢氧化钠溶液阀的打开、关闭以调节还原后溶液的ph值，为保证沉淀效果控制ph值在设定值（7.5）附近。

循环罐控制子系统：选择自动，自动程序投入运行。当循环罐液位高于起泵液位并且低于最终控制罐的允许起泵液位时，输送泵启动将还原后的硫酸钠液输送到沉淀罐，当循环罐液位下降到低于停泵液位或者最终控制罐液位高于停泵液位时，输送泵停止运行。

污泥处置控制子系统：选择自动，自动控制程序根据压滤机提供的状态信号对沉淀罐的出口阀控制，当压滤机给出准备好信号，自动控制程序打开出口阀，通过调节滤液传输泵变频器的频率来保证压滤机正常运行；当压滤机给出正过滤信号时关闭出口阀，依次往复运行。

最终控制罐控制子系统：选择自动，自动控制程序投入运行，通过控制氢氧化钠溶液阀和16%硫酸溶液阀来调节最终的溶液ph值。

硫酸钠溶液输送循环控制子系统：输送循环系统的建立通过硫酸钠电解端循环泵组、净化回收段输送泵组、最终控制罐的循环泵组以及电解段净化硫酸钠溶液入口阀协调控制实现。