煤制甲醇精馏装置“零手操系统”的应用.pdf
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1、 年 月云南化工 第 卷第 期 ,:煤制甲醇精馏装置“零手操系统”的应用徐艳霞,张林栋,吕蒙,刘文烈,王瑞华(国家能源集团宁夏煤业公司烯烃一分公司,宁夏银川 ;浙江中智达科技有限公司,浙江杭州 )摘要:某厂甲醇精馏装置为了节能降耗、提高产量、提高装置自动化水平、降低操作人员劳动强度,引进了一套“零手操”智能控制系统。系统的应用统一了工艺操作模式,把操作人员从繁重的工作事务中解放出来,实现了从“操作员”到“监控员”的转变,同时实现蒸汽消耗降低 、增产 ,产生可观的经济效益,为企业可持续发展带来了更大的竞争优势。关键词:甲醇精馏;煤制甲醇;先进控制技术;零手操控制技术;自动化中图分类号:文献标识码
2、:文章编号:()“”,(,;,):,“”,“”“”,:;甲醇精馏工艺流程简介某厂的煤制甲醇生产能力为 万 ,生产工艺为“鲁奇甲醇精馏工艺”,主要设备包括预塔、加压塔、常压塔。加压塔顶部的甲醇蒸汽作为常压塔再沸器的热源,塔底再沸器冷凝液作为预塔的部分热源,采用双效三塔工艺。合成生产的粗甲醇进入膨胀罐进行闪蒸。经过闪蒸的粗甲醇进行精馏。来自罐胀的粗甲醇进入预塔。残留在甲醇中的溶解气(、等)和低沸点的副产物(二甲醚和甲酸甲酯)和甲醇蒸汽一起从塔顶出来,经过预塔冷凝器冷凝,大部分甲醇冷凝收集到预塔回流罐,经预塔回流泵送回塔顶,作为预塔的回流液。回流罐中的不凝气通过尾气冷却器进一步冷却,少量甲醇从尾气中
3、冷凝后返回预塔回流罐,剩余的尾气在加热后送出界区作为燃料。除去低沸点杂质的甲醇从塔釜进入加压塔。在加压塔和常压塔中,甲醇中的高沸物从甲醇中分离出来 。加压塔塔顶甲醇冷凝液收集在加压塔回流罐内。一部分精甲醇通过加压塔回流泵返回塔顶作为回流液,剩余的甲醇进一步精馏送入精甲醇中间罐。加压塔的热量由低压蒸汽通过加压塔蒸汽再沸器提供,含高沸物的甲醇通过塔釜排出作为常压塔的进料。常压塔在常压下操作,功能和加压塔相似。工艺控制过程分析)负荷波动的操作控制。当合成产的粗甲醇波动时,精馏装置的膨胀槽(粗甲醇缓冲槽)容积有限,要实时调整预塔的进料量,但是人操作很难把控物料平衡点,操作人员劳动强度大。为了系统在一定
4、时间内的稳定,操作人员“卡”膨胀槽液位上限和下限操作,即当液位高于上限或低于下限时,突然增加或者减少预塔进料量,导致预塔负荷基本呈周期性变化。预塔进料负荷调整后,加压塔和常压塔负荷也得同时调整,从预塔传递到加压塔,加压塔传递到常压塔,塔与塔之间物料传递时滞大概在 。塔的负荷波动导致热平衡被打破,调整负荷的同时预塔和加压塔的蒸汽量也得同时调整。由于加压塔顶部的甲醇蒸汽作为常压塔再沸器的热源,塔底再沸器冷凝液作为预塔的部分热源,导致热量传递时滞大概为 ,甲醇三塔形成了大波动、大滞后、强耦合、多变量的控制对象,这对操作人员的操作经验、敬业精神、工况预判等专业知识和职业素养尤其重要。)产品质量的控制。
5、定回流量:由于精馏装 年 月云南化工 第 卷第 期 ,置三塔控制形成了大波动、大滞后、强耦合、多变量的控制对象,为了使系统易操作、产品质量可控,应尽量减少干扰因素,因此精馏三个塔的回流量由车间管理人员给定,未放权给操作人员控制,系统基本处于高回流比的模式下生产,造成产品质量过剩、蒸汽消耗高。定常压塔顶温度:由于加压塔顶部的甲醇蒸汽作为常压塔再沸器的热源、加压塔只控塔釜液位、常压塔控制塔顶温度,只要确保加压塔塔釜液位稳定,常压塔塔顶温度在指标内波动,基本能满足甲醇纯度要求。但是如果碰到蒸汽压力波动、负荷波动、蒸汽与负荷波动匹配度失衡,或者下雨等外部因素影响时,加压塔和常压塔塔顶压力波动较大,塔顶
6、温度不再表征甲醇含量,容易造成产品质量波动。)蒸汽管网压力波动的控制。当蒸汽压力波动时,传导到常压塔顶温度,大概需要 。如果看到温度波动后才去调整(已经来不及),三个塔的指标都会很乱,操作人员一时半会找不到平衡点,需要不停的调整各个塔的参数,操作强度大,短时间内也调不平稳。)回路基本都是流量控制。塔的关键指标控制,如塔釜液位、回流罐液位、塔顶温度、塔釜温度、塔顶采出和塔釜采出,都需要人工控制,操作强度大(操作次数大概为 次 )。)突发工况没有预警机制。当看到工况发生变化后再去调整,只能凭操作人员经验临时处理。由于大滞后原因,特别是负荷突然大幅度波动、或者下雨的时候,已不得及时调整了。“零手动系
7、统”控制策略及控制器搭建方法烯烃一分公司已经引进了多套先进控制系统(),为节能降耗、平稳操作,发挥了极大的作用。但在系统波动较大时,需要切换到人工操作,系统的稳定性较差,只能在常规的工况中使用。“零手动系统”,正好解决了这一个问题。零手动操作也叫全流程或全装置无人值守系统。通过系统自动化升级改造,打造数字化生产装置,可以实现全流程或者全装置操作次数为零的控制系统。零手操系统控制策略 控制器设计甲醇精馏装置的任务是去除粗甲醇中所含的水分、二甲醚、烷烃、高级醇,以及溶解气等杂质,从而得到合格的精甲醇产品。甲醇精馏双效三塔工艺,把热量平衡和物料平衡揉在整个控制系统中,形成强关联、强耦合、大干扰、大滞
8、后的典型的多变量控制系统。要实现该精馏塔组控制平稳、产品合格,还要达到节能降耗、增产增效、无人操作的目的,得对物流平衡和热量平衡强耦合性逐级解耦。强关联性使用同步控制方法,大滞后有效前馈设置,负荷变化分级化解。)精馏塔强耦合性的解耦办法在该精馏工艺里,找到耦合性最强的几个要素,逐一解耦。热量平衡解耦。在该工艺中,由于常压塔不提供外部热量,只有加压塔塔顶甲醇蒸汽作为再沸器的热量来源,导致热量平衡是 个塔之间的强耦合性之一。常压塔塔顶温度能表征产品质量,因此,把常压塔塔顶温控制平稳,就基本能保证产品质量(塔压波动除外)。而常压塔塔顶温度除了跟加压塔顶部的甲醇蒸汽量强关联之外,还跟加压塔塔釜采出流量
9、(常压塔进料)、常压塔回流量、常压塔塔顶压力有关。在控制器搭建时,都有模型关系。解耦办法是:当常压塔塔顶温度波动时,需要调整热量平衡分支,满足热量平衡要求。最先考虑的是用加压塔顶部的甲醇蒸汽量,但是加压塔顶部的甲醇蒸汽量是加压塔的塔顶采出,而加压塔的塔顶采出得考虑加压塔本身的热量平衡控制,所以如果需要增加或者减少加压塔塔顶的甲醇蒸汽量,在满足加压塔控制约束条件下,可以先调节加压塔再沸器的蒸汽量来控制加压塔塔顶甲醇蒸汽量,从而达到间接调节加压塔塔顶甲醇蒸汽量的目的。如果加压塔塔顶甲醇蒸汽量不能满足加压塔控制约束条件,加压塔塔顶甲醇蒸汽量从操作变量转变为干扰变量,此时常压塔的塔顶温度需要依靠常压塔
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