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UW500 集散控制系統在苯酐行業中的應用

行業方案

摘要:苯酐,全稱鄰苯二甲酸酐,是重要的有機化工原料之一,廣泛用作增塑劑,苯酐也是生產醇酸樹脂和氨基樹脂涂料的原料,此外,又用于生產不飽和聚酯樹脂(UPR),在染料工業中用于合成蒽醌等,苯酐是生產糖精的原料,在農藥工業中用于制造亞胺硫磷,在醫藥工業中用于制取緩瀉劑酚酞等,我國苯酐行業起步較晚,大部分廠家規模較小,工藝相對落后,設備可靠性較差。本次某公司3.5萬噸萘法苯酐項目采用萘法固定床工藝,應用UW500集散控制系統準確穩定地完成整個工藝控制,為正常生產提供了安全穩定的保障。

一、工藝簡介 

上世紀80年代,德國公司BASF開發的工業萘流化床法制苯酐,后來又開發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、萘精餾系統、熱熔系統、預處理系統、精致系統等部分組成,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氧化系統工藝簡介 

氧化系統由萘蒸發器、鼓風機組、氣萘混合系統、反應器、汽水平衡系統等組成。液萘通過萘蒸發器蒸發為氣萘,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,通過熔鹽循環帶走熱量,熔鹽循環過程中通過循環水減溫,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,為熔鹽減溫的循環水將變為蒸汽,在汽水系統中流通,提供給汽輪機等設備使用。

圖2.1 氧化系統運行畫面


       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量眾多的床溫、鹽溫數據,操作人員極難在繁多的溫度數據中把握床溫、鹽溫趨勢并找出異常點位。在本系統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,系統根據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生時,整個系統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。對各觸發保護的條件設立單獨投切,能根據實際現場需求方便的投入保護條件,條件發生時可靠動作,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、鹽溫數據繁多、單純溫度分布圖只是簡單的將繁多的溫度數據進行羅列,操作人員從眾多溫度數據中找出最大溫度較為困難,本系統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控。

       2.1.4 氧化系統溫度控制

       氧化系統中通過熔鹽控制反應溫度,保證系統安全以及正常生產,而鹽閥則控制熔鹽溫度,鹽閥穩定精確的溫度調節至關重要,通過單純的PID調節已經不能滿足實際的生產需求,本系統中將鹽溫作為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 鹽閥自動調節控制邏輯


       鹽閥自動調節控制邏輯實現了精確穩定的溫度控制,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,提高生產穩定性。


       2.2 熱熔系統 

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


       2.3 預處理系統

       預處理系統由預處理釜及導熱油電加熱器組成。自熱熔系統來的粗苯酐進入預處理系統,在預處理系統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 預處理系統運行畫面

       2.4精致系統

精致系統由輕塔、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 精致系統運行畫面


三、運行效果

UW500集散控制系統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量繁多的床溫、鹽溫的把控難度。鹽閥自動控制邏輯穩定 精確的溫度控制提升了產品質量及生產效率,同時本系統采用數量眾多的PID控制算法,保證生產設備穩定運行,節約了 超過30%的人力投入。緊急停車保護算法的精準穩定動作使 得生產設備安全性大大提高,保護了人員及設備安全。


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