UW500 集散控制系統(tǒng)在苯酐行業(yè)中的應(yīng)用

一、工藝簡(jiǎn)介 

上世紀(jì)80年代，德國(guó)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(jià)格高，原料不易采購，而工業(yè)萘原料充足，價(jià)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(jìn)入萘－空氣混合器，與經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱的空氣充分混合，充分混合的萘－空氣混合氣進(jìn)入固定床氣相催化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，并經(jīng)過預(yù)處理及精致得到苯酐。本次某公司3.5萬噸萘法苯酐項(xiàng)目由氧化系統(tǒng)、萘精餾系統(tǒng)、熱熔系統(tǒng)、預(yù)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(dòng)化控制策略

2.1.1氧化系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介 

氧化系統(tǒng)由萘蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機(jī)組、氣萘混合系統(tǒng)、反應(yīng)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(nèi)與經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱的空氣混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中溫度需維持在基本恒定，反應(yīng)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(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)無法正常進(jìn)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(jī)等設(shè)備使用。

圖2.1 氧化系統(tǒng)運(yùn)行畫面

在萘法制苯酐工藝中，床溫、鹽溫起著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系到正常生產(chǎn)及人員設(shè)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?cái)?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(shì)并找出異常點(diǎn)位。在本系統(tǒng)中以曲線的形式表達(dá)同一列不同深度床溫/鹽溫溫度趨勢(shì)，使溫度隨著深度變化而變化的趨勢(shì)變得一目了然，同時(shí)同一深度不同測(cè)溫點(diǎn)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(duì)于床溫/鹽溫的把控。

       2.1.2 停車保護(hù)控制 

由于萘法制苯酐工藝存在較大危險(xiǎn)性，系統(tǒng)根據(jù)萘法制苯酐工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的需求，對(duì)人員及生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)。

圖2.2 保護(hù)停車控制邏輯

當(dāng)床溫偏高、反應(yīng)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(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將立即啟動(dòng)保護(hù)程序，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制動(dòng)作以保護(hù)人員及生產(chǎn)設(shè)備，大大提高生產(chǎn)過程中的安全性。對(duì)各觸發(fā)保護(hù)的條件設(shè)立單獨(dú)投切，能根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)需求方便的投入保護(hù)條件，條件發(fā)生時(shí)可靠動(dòng)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?cái)?shù)據(jù)繁多、單純溫度分布圖只是簡(jiǎn)單的將繁多的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)剔除故障溫度點(diǎn)位，自動(dòng)選擇反應(yīng)器某1列不同溫度、同一深度不同溫度的最大值并實(shí)時(shí)顯示，極大程度的方便了操作人員對(duì)大量溫度點(diǎn)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(yīng)溫度，保證系統(tǒng)安全以及正常生產(chǎn)，而鹽閥則控制熔鹽溫度，鹽閥穩(wěn)定精確的溫度調(diào)節(jié)至關(guān)重要，通過單純的PID調(diào)節(jié)已經(jīng)不能滿足實(shí)際的生產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)需求。

圖2.4 鹽閥自動(dòng)調(diào)節(jié)控制邏輯

鹽閥自動(dòng)調(diào)節(jié)控制邏輯實(shí)現(xiàn)了精確穩(wěn)定的溫度控制，能將溫度準(zhǔn)確的控制在目標(biāo)溫度±1℃誤差范圍內(nèi)，極大程度的減少操作人員的工作量，提高生產(chǎn)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(yīng)氣體由氧化系統(tǒng)氣冷器出口進(jìn)入熱熔系統(tǒng)。通過冷油將進(jìn)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(yù)處理系統(tǒng)

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

圖2.5 預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)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(yù)處理來物料中還含有輕沸點(diǎn)、中沸點(diǎn)、高沸點(diǎn)物質(zhì)，其中中沸點(diǎn)物質(zhì)為苯酐產(chǎn)品。自預(yù)處理來物料進(jìn)入輕塔加熱至195℃，去除輕沸點(diǎn)雜質(zhì)，剩余物料進(jìn)入重塔并加熱，去除重沸點(diǎn)雜質(zhì)，重沸點(diǎn)雜質(zhì)中含有少量苯酐，需要進(jìn)入再沸器處理以收集重沸點(diǎn)雜質(zhì)中含有的少量苯酐，收集中沸點(diǎn)物質(zhì)為成品苯酐。

圖2.6 精致系統(tǒng)運(yùn)行畫面

三、運(yùn)行效果

UW500集散控制系統(tǒng)在該項(xiàng)目上投運(yùn)以來的生產(chǎn)運(yùn)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(duì)數(shù)量繁多的床溫、鹽溫的把控難度。鹽閥自動(dòng)控制邏輯穩(wěn)定 精確的溫度控制提升了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，同時(shí)本系統(tǒng)采用數(shù)量眾多的PID控制算法，保證生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)約了 超過30%的人力投入。緊急停車保護(hù)算法的精準(zhǔn)穩(wěn)定動(dòng)作使 得生產(chǎn)設(shè)備安全性大大提高，保護(hù)了人員及設(shè)備安全。