煤化工制醋酸自动控制适用性研究及改造.pdf
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1、煤化工制醋酸自动控制适用性研究及改造Applicability Research and Reform of Automatic Control for Acetic Acid Production in Coal Chemical Industry吴振卫1 焦亚培2 姜云贺2 刘伟海2(1.山东兖矿鲁南化工有限公司,山东滕州 277527;2.北京远东仪表有限公司,北京 100013)摘 要 醋酸制造工艺流程仪表自动化系统优化实施先进控制策略,通过选择合理安全的检测仪表,并对过程分析仪和调节阀实施适应性技术改造等方式,基本解决了仪控装置腐蚀泄漏、仪器测量偏差大、操作周期较短等问题,实现了工艺
2、流程参数的自动检测、监控、优化、调整、管理与决策等功能,使整个工艺流程体系的智能化程度、安全性与稳定性得到了很大改善,降低了开停车和正常操作时间内的故障率,大大减轻了工序作业人员的劳动强度,减少了原料损耗,大大提高了产品品质和产量,切实提高了仪表控制回路的自投率、完好率。关键词 自动控制;过程分析;流量检测;检测仪表中图分类号 TP29 文献标识码 B煤化工制醋酸自动控制适用性研究及改造吴振卫,等0 引言国内的醋酸生产工艺设备多数使用了“甲醇低压液相羰基合成醋酸反应法”1。由于醋酸制造技术的市场垄断,国内外生产厂家对生产技术的实际应用高度保密。相关行业普遍采用仪表自动化方案,实现集分布参数、非
3、线性、多变数于一身的醋酸工艺自动控制,提升工艺过程运行管理水平,有效增加装置利用率与经济效益,减少设备运营与维护的费用。经过长期摸索与实用性改革,山东兖矿鲁南化工有限公司已逐步完善了分布式控制系统(Distributed Control System,DCS),以及精密可靠的检测仪表、调节阀等装置的选型,对整个醋酸生产的全流程进行了检测、监视、优化、调整、管理与决策,大大提高了产品质量和经济效益,保证了制造过程的安全性,并且降低了原材料和能源消耗。仪控设备检测的准确性可促使企业对生产过程进行优化,并提高设备平稳运行效率,延长催化剂使用周期,减少人力物力投入等,每年可带来非常可观的直接经济效益2
4、。1 醋酸生产工艺基本原理仪表自动化的重要性在精细化工制造过程中与日剧增,创新的智能化系统能够有效控制复杂的生产流程,并使得整个工艺制造流程的运行更加安全可靠。目前,国内厂家采用的醋酸制备技术主要为西南化工研究设计院二十世纪八十年代研制成功的甲醇低压羰基法合成醋酸工艺,是国内醋酸生产的主要制备方法。该方法对美国孟山都公司醋酸制备技术进行了改进,通过增加一个第二转化器,提高了转化反应釜温度,可将不稳-15仪器仪表与分析监测 2024年第2期定的铑液晶聚合物向化学稳定性较好的液晶聚合物转移,并通过热蒸发过程,使反应器的产能增加,设备能耗减少3。西南化工研究设计院现有的吸收工段尾气排放工艺,采用甲醇
5、为吸收剂,可直接吸收尾气中的碘化物和醋酸,且吸收液可以作为反应原材料,无需再生处理,具有吸附作用好、产品质量高、对设备侵蚀率小等优势。为了实现醋酸工艺参数和复杂对象的自动控制,进一步提升工业工序流程控制系统运行水平,减少工厂运营与维护的费用,有效增加工业装置使用频率与经济效益,工厂仪表自动化控制系统中全面引入了分散控制器和可编程逻辑控制器等先进计算机控制系统。其调节控制回路组成如图1所示。图1 调节控制回路图 1 中的检测仪表、DCS 和执行器组成了一种单传输回路系统。贮罐液位高度经由检测仪表转换为相应的标准模拟信号后输入 DCS 控制器,控制器根据比较得到的误差值,按照相应的控制规则产生控制
6、器信息,并根据控制系统执行机的动作,通过改变贮罐液进出物料的流速将贮罐液位高度维持在指定位置。由此可知,过程控制仪表与执行装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分,通过关键仪表和装置选型并调整DCS策略,实现生产过程的仪表自动化控制。2 仪表自动化控制改造方案生产醋酸化工行业的设备普遍采用 DCS 控制,该系统具有很高的安全性和稳定性。但在实际使用维护过程中,为确保仪表自动化系统的高度安全与可靠性,降低检测仪表和控制阀的设备故障率,避免非必要的经济损失,主要针对以下三个方面进行改造优化。2.1 流量控制仪表的适应性改造流量参数作为醋酸系统优化控制中最重要的参数之一,仅在醋酸合成工艺过程中就使用
7、了76台流量参数的检测仪表,41套流量控制回路,其中复杂控制回路11套。由于醋酸合成工段醋酸母液的强腐蚀性会引起仪表接触零件腐蚀、表面结垢等问题,这些现象都将影响流量仪表的机械性能和使用寿命4。目前,醋酸合成工段需要在 FT-2314 转化釜出口检测流量,配合 TT-2330 反应釜温度与 TT-2331A串级调节系统作为反应釜温度控制的粗调,并且使转化釜底部排出的母液流量保持最低需求率。转化釜排出母液流量的大小与反应釜的温度有着密切的关系,有一定量的甲醇进料就必须有一定量的反应热被移走,作为反应釜温度控制的粗调,FT-2314 的调节必须符合反应釜的质能平衡。如果 FT-2314测量不准确,
8、就会造成工艺操作失调,TT-2330/TT-2331A串级调节系统就不能达到反应釜温度控制的目的。在正常工况下,要求 FT-2314 转化釜出口流量与甲醇进料比值为 1:151:16。流量检测仪表的准确性能够为工艺提高产量,对控制其他参数具有非常重要的意义。仪表检测前期设计采用了外置捆绑式超声波流量计,但由于该介质具有高温、高压、高腐蚀性的特性,且为两相流,在两相流动过程中,由于相界面的形状和分布都是随时间和空间变化的,并且两相之间存在速度差,使得两相流动过程要比单相流动复杂得多,同时在两相流中也存在一些在单相流中不存在的参数,超声波流量计不能准确地检测流量参数。针对上述问题,通过调研分析,采
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