UW500 集散控制系統(tǒng)在苯酐行業(yè)中的應用

一、工藝簡介 

上世紀80年代，德國公司BASF開發(fā)的工業(yè)萘流化床法制苯酐，后來又開發(fā)出了鄰二甲苯法制苯酐。萘法逐漸被取代，直到近幾年，由于鄰二甲苯價格高，原料不易采購，而工業(yè)萘原料充足，價格較低，加之新的工藝及專用催化劑的研制，使萘法苯酐工藝又熱門起來。奈法制苯酐工藝將工業(yè)萘在汽化器中加熱完全汽化，汽化的萘通過文丘里管進入萘－空氣混合器，與經過空氣預熱器加熱的空氣充分混合，充分混合的萘－空氣混合氣進入固定床氣相催化反應器進行反應，并經過預處理及精致得到苯酐。本次某公司3.5萬噸萘法苯酐項目由氧化系統(tǒng)、萘精餾系統(tǒng)、熱熔系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、精致系統(tǒng)等部分組成，工藝流程圖如圖1.1所示。

圖1.1 萘法苯酐工藝流程圖

二、基于UW500 DCS的自動化控制策略

2.1.1氧化系統(tǒng)工藝簡介 

氧化系統(tǒng)由萘蒸發(fā)器、鼓風機組、氣萘混合系統(tǒng)、反應器、汽水平衡系統(tǒng)等組成。液萘通過萘蒸發(fā)器蒸發(fā)為氣萘，在汽化器內與經過空氣預熱器加熱的空氣混合，然后進入反應器進行反應，反應過程中溫度需維持在基本恒定，反應過程中釋放大量熱量，通過熔鹽循環(huán)帶走熱量，熔鹽循環(huán)過程中通過循環(huán)水減溫，熔鹽溫度不可過低，否則將帶走大量熱量進而導致反應無法正常進行，熔鹽溫度也不可過高，否則將無法起到減溫效果，為熔鹽減溫的循環(huán)水將變?yōu)檎羝?，在汽水系統(tǒng)中流通，提供給汽輪機等設備使用。

圖2.1 氧化系統(tǒng)運行畫面

在萘法制苯酐工藝中，床溫、鹽溫起著至關重要的作用，直接關系到正常生產及人員設備安全問題，若采用單純的溫度分布表羅列數(shù)量眾多的床溫、鹽溫數(shù)據(jù)，操作人員極難在繁多的溫度數(shù)據(jù)中把握床溫、鹽溫趨勢并找出異常點位。在本系統(tǒng)中以曲線的形式表達同一列不同深度床溫/鹽溫溫度趨勢，使溫度隨著深度變化而變化的趨勢變得一目了然，同時同一深度不同測溫點間的溫差也清晰可見，使得操作人員不再依賴于直觀度較差的溫度表格，極大程度地方便操作人員對于床溫/鹽溫的把控。

       2.1.2 停車保護控制 

由于萘法制苯酐工藝存在較大危險性，系統(tǒng)根據(jù)萘法制苯酐工藝在實際生產中的需求，對人員及生產設備進行安全保護。

圖2.2 保護停車控制邏輯

當床溫偏高、反應器出口溫度偏高、氣體冷卻器溫度偏高、熱熔箱溫度偏高、萘空比偏高、軸流泵停止、緊急停車按鈕按下等條件發(fā)生時，整個系統(tǒng)將立即啟動保護程序，對關鍵設備進行強制動作以保護人員及生產設備，大大提高生產過程中的安全性。對各觸發(fā)保護的條件設立單獨投切，能根據(jù)實際現(xiàn)場需求方便的投入保護條件，條件發(fā)生時可靠動作，并記錄首出條件以方便查找停車原因。

       2.1.3 溫度控制 

床溫、鹽溫數(shù)據(jù)繁多、單純溫度分布圖只是簡單的將繁多的溫度數(shù)據(jù)進行羅列，操作人員從眾多溫度數(shù)據(jù)中找出最大溫度較為困難，本系統(tǒng)中采用溫度算法以解決該問題。

圖2.3 最大值算法

最大值算法能實現(xiàn)自動剔除故障溫度點位，自動選擇反應器某1列不同溫度、同一深度不同溫度的最大值并實時顯示，極大程度的方便了操作人員對大量溫度點的監(jiān)控。

       2.1.4 氧化系統(tǒng)溫度控制

氧化系統(tǒng)中通過熔鹽控制反應溫度，保證系統(tǒng)安全以及正常生產，而鹽閥則控制熔鹽溫度，鹽閥穩(wěn)定精確的溫度調節(jié)至關重要，通過單純的PID調節(jié)已經不能滿足實際的生產需求，本系統(tǒng)中將鹽溫作為PID控制的前饋，熔鹽泵出口溫度作為被控量能更好的控制溫度以滿足實際生產需求。

圖2.4 鹽閥自動調節(jié)控制邏輯

鹽閥自動調節(jié)控制邏輯實現(xiàn)了精確穩(wěn)定的溫度控制，能將溫度準確的控制在目標溫度±1℃誤差范圍內，極大程度的減少操作人員的工作量，提高生產穩(wěn)定性。

       2.2 熱熔系統(tǒng) 

熱熔系統(tǒng)由熱熔箱、冷油系統(tǒng)及熱油系統(tǒng)組成。反應氣體由氧化系統(tǒng)氣冷器出口進入熱熔系統(tǒng)。通過冷油將進入熱熔冷凝器的氣態(tài)粗苯酐凝華。凝華后固體粗苯酐通過熱油系統(tǒng)加熱融化為液態(tài)苯酐。

       2.3 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)由預處理釜及導熱油電加熱器組成。自熱熔系統(tǒng)來的粗苯酐進入預處理系統(tǒng)，在預處理系統(tǒng)中通過導熱油對粗苯酐加熱升溫至270℃—275℃，并抽微真空以去除沸點較低的雜質，同時通過加堿使大分子物質聚合，并將酸酐轉換成苯酐。

圖2.5 預處理系統(tǒng)運行畫面

       2.4精致系統(tǒng)

精致系統(tǒng)由輕塔、重塔、后處理、收集罐組成。自預處理來物料中還含有輕沸點、中沸點、高沸點物質，其中中沸點物質為苯酐產品。自預處理來物料進入輕塔加熱至195℃，去除輕沸點雜質，剩余物料進入重塔并加熱，去除重沸點雜質，重沸點雜質中含有少量苯酐，需要進入再沸器處理以收集重沸點雜質中含有的少量苯酐，收集中沸點物質為成品苯酐。

圖2.6 精致系統(tǒng)運行畫面

三、運行效果

UW500集散控制系統(tǒng)在該項目上投運以來的生產運行表明，床溫、鹽溫曲線圖以及最大值算法大大降低操作人員對數(shù)量繁多的床溫、鹽溫的把控難度。鹽閥自動控制邏輯穩(wěn)定 精確的溫度控制提升了產品質量及生產效率，同時本系統(tǒng)采用數(shù)量眾多的PID控制算法，保證生產設備穩(wěn)定運行，節(jié)約了 超過30%的人力投入。緊急停車保護算法的精準穩(wěn)定動作使 得生產設備安全性大大提高，保護了人員及設備安全。