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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
在萘法制苯酐工艺中，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。
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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