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UW500 集散控制系统在苯酐行业中的应用

摘要:苯酐,全称邻苯二甲酸酐,是重要的有机化工原料之一,广泛用作增塑剂,苯酐也是生产醇酸树脂和氨基树脂涂料的原料,此外,又用于生产不饱和聚酯树脂(UPR),在染料工业中用于合成蒽醌等,苯酐是生产糖精的原料,在农药工业中用于制造亚胺硫磷,在医药工业中用于制取缓泻剂酚酞等,我国苯酐行业起步较晚,大部分厂家规模较小,工艺相对落后,设备可靠性较差。本次某公司3.5万吨萘法苯酐项目采用萘法固定床工艺,应用UW500集散控制系统准确稳定地完成整个工艺控制,为正常生产提供了安全稳定的保障。

一、工艺简介

上世纪80年代,德国公司BASF开发的工业萘流化床法制苯酐,后来又开发出了邻二甲苯法制苯酐。萘法逐渐被取代,直到近几年,由于邻二甲苯价格高,原料不易采购,而工业萘原料充足,价格较低,加之新的工艺及专用催化剂的研制,使萘法苯酐工艺又热门起来。奈法制苯酐工艺将工业萘在汽化器中加热完全汽化,汽化的萘通过文丘里管进入萘-空气混合器,与经过空气预热器加热的空气充分混合,充分混合的萘-空气混合气进入固定床气相催化反应器进行反应,并经过预处理及精致得到苯酐。本次某公司3.5万吨萘法苯酐项目由氧化系统、萘精馏系统、热熔系统、预处理系统、精致系统等部分组成,工艺流程图如图1.1所示。

图1.1 萘法苯酐工艺流程图


二、基于UW500 DCS的自动化控制策略

2.1.1氧化系统工艺简介

氧化系统由萘蒸发器、鼓风机组、气萘混合系统、反应器、汽水平衡系统等组成。液萘通过萘蒸发器蒸发为气萘,在汽化器内与经过空气预热器加热的空气混合,然后进入反应器进行反应,反应过程中温度需维持在基本恒定,反应过程中释放大量热量,通过熔盐循环带走热量,熔盐循环过程中通过循环水减温,熔盐温度不可过低,否则将带走大量热量进而导致反应无法正常进行,熔盐温度也不可过高,否则将无法起到减温效果,为熔盐减温的循环水将变为蒸汽,在汽水系统中流通,提供给汽轮机等设备使用。

图2.1 氧化系统运行画面


萘法制苯酐工艺中,床温、盐温起着至关重要的作用,直接关系到正常生产及人员设备安全问题,若采用单纯的温度分布表罗列数量众多的床温、盐温数据,操作人员极难在繁多的温度数据中把握床温、盐温趋势并找出异常点位。在本系统中以曲线的形式表达同一列不同深度床温/盐温温度趋势,使温度随着深度变化而变化的趋势变得一目了然,同时同一深度不同测温点间的温差也清晰可见,使得操作人员不再依赖于直观度较差的温度表格,极大程度地方便操作人员对于床温/盐温的把控。


2.1.2 停车保护控制

由于萘法制苯酐工艺存在较大危险性,系统根据萘法制苯酐工艺在实际生产中的需求,对人员及生产设备进行安全保护


图2.2 保护停车控制逻辑


当床温偏高、反应器出口温度偏高、气体冷却器温度偏高、热熔箱温度偏高、萘空比偏高、轴流泵停止、紧急停车按钮按下等条件发生时,整个系统将立即启动保护程序,对关键设备进行强制动作以保护人员及生产设备,大大提高生产过程中的安全性。对各触发保护的条件设立单独投切,能根据实际现场需求方便的投入保护条件,条件发生时可靠动作,并记录首出条件以方便查找停车原因。


2.1.3 温度控制

床温、盐温数据繁多、单纯温度分布图只是简单的将繁多的温度数据进行罗列,操作人员从众多温度数据中找出最大温度较为困难,本系统中采用温度算法以解决该问题。

图2.3 最大值算法


最大值算法能实现自动剔除故障温度点位,自动选择反应器某1列不同温度、同一深度不同温度的最大值并实时显示,极大程度的方便了操作人员对大量温度点的监控。

2.1.4 氧化系统温度控制

氧化系统中通过熔盐控制反应温度,保证系统安全以及正常生产,而盐阀则控制熔盐温度,盐阀稳定精确的温度调节至关重要,通过单纯的PID调节已经不能满足实际的生产需求,本系统中将盐温作为PID控制的前馈,熔盐泵出口温度作为被控量能更好的控制温度以满足实际生产需求。

图2.4 盐阀自动调节控制逻辑


盐阀自动调节控制逻辑实现了精确稳定的温度控制,能将温度准确的控制在目标温度±1℃误差范围内,极大程度的减少操作人员的工作量,提高生产稳定性。


2.2 热熔系统

热熔系统由热熔箱、冷油系统及热油系统组成。反应气体由氧化系统气冷器出口进入热熔系统。通过冷油将进入热熔冷凝器的气态粗苯酐凝华。凝华后固体粗苯酐通过热油系统加热融化为液态苯酐。


2.3 预处理系统

预处理系统由预处理釜及导热油电加热器组成。自热熔系统来的粗苯酐进入预处理系统,在预处理系统中通过导热油对粗苯酐加热升温至270℃—275℃,并抽微真空以去除沸点较低的杂质,同时通过加碱使大分子物质聚合,并将酸酐转换成苯酐。

图2.5 预处理系统运行画面

2.4精致系统

精致系统由轻塔、重塔、后处理、收集罐组成。自预处理来物料中还含有轻沸点、中沸点、高沸点物质,其中中沸点物质为苯酐产品。自预处理来物料进入轻塔加热至195℃,去除轻沸点杂质,剩余物料进入重塔并加热,去除重沸点杂质,重沸点杂质中含有少量苯酐,需要进入再沸器处理以收集重沸点杂质中含有的少量苯酐,收集中沸点物质为成品苯酐。

图2.6 精致系统运行画面


三、运行效果

UW500集散控制系统在该项目上投运以来的生产运行表明,床温、盐温曲线图以及最大值算法大大降低操作人员对数量繁多的床温、盐温的把控难度。盐阀自动控制逻辑稳定 精确的温度控制提升了产品质量及生产效率,同时本系统采用数量众多的PID控制算法,保证生产设备稳定运行,节约了 超过30%的人力投入。紧急停车保护算法的精准稳定动作使 得生产设备安全性大大提高,保护了人员及设备安全


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