DCS在轻烃分馏系统中的应用

DCS在轻烃分馏系统中的应用1.工艺简介1.1轻烃分馏系统工艺原理轻烃分馏采用多塔蒸馏分离技术，利用各组分之间相对挥发度的不同进行分馏。反应装置为塔式，塔内装设有塔板或填料，以提供传热和传质场所。加热设备为加热炉，以导热油为介质为塔底重沸器提供热源。冷凝设备为冷凝器，以水为介质为塔顶冷凝器提供冷源；塔顶加入轻组分浓度高的回流体，塔底用加热的方法使液体汽化；在塔板或填料表面自上而下流动的轻组分含量较多，温度较低的流体与自上而下流动的温度较高的蒸汽相接触。回流液体的温度升高，其中轻组分被蒸发到气相中去，高温的蒸汽被低温的液体所冷却，其中重组分被冷凝下来转移到回流液体体中。从而使回流液体每经一块塔板重组分含量都有所上升，而上升蒸汽每经一块塔板轻组分含量也有所上升，这就是塔内的提浓效应；分馏过程就是依靠多次部分汽化及多次冷凝的方法，实现对液体混合物的分离。1.2工艺流程示意图1.3工艺流程概述轻烃在1.4Mpa下进入工序，原料通过聚结器脱水，再经预热器预热30℃～35℃，然后进入脱硫化氢塔和脱硫醇塔，之后进入1#、2#、3#塔底预热器预热，汇总后进入1#塔（脱丁烷塔）进料口。由于每个塔系构成及工艺原理相似，所以以下只对1#塔系（脱丁烷塔系）工艺做详细叙述。1#塔系（脱丁烷塔系）的目的是将原料C4以下的轻组分与C5以上的重组分分离，汇总后的原料进入1#塔（脱丁烷塔）中部，1#塔（脱丁烷塔）塔顶物料经1#塔冷凝器后进入1#塔回流罐，通过1#塔回流泵一部分打回流，另一部分作为液化石油气产品进入储罐待售，塔底物料在塔内压力的作用下，一部分经过1#塔重沸器与导热油换热后重新回到塔底，另一部分经原料与1#塔底预热器换热后进入2#塔（脱戊烷塔）中部。2.1系统的主要控制要求根据工艺要求，该系统主要实现轻烃分馏工艺的自动控制包括：物料进塔控制、塔温度控制、塔液位控制、塔压力控制；重沸器控制、冷凝器控制、回流罐控制、回流量的控制、采出量的控制、向下一塔的出料量的控制。轻烃原料脱水器（脱水）预热器（预热）脱硫化氢塔（脱硫化氢）脱硫醇塔（脱硫醇）1#塔（脱丁烷）2#塔（脱戊烷）3#塔（脱己烷）4#塔（脱庚烷）6#塔（脱壬烷）5#塔（脱辛烷）图1-1轻烃分馏工艺流程示意图3.系统的控制方案分析影响分馏塔的重要因素是温度、压力、回流量、液位，其中压力对温度和产品质量影响很大。所以压力是平稳操作的主要因素，塔的压力取决于塔顶产品的组分及冷却后的温度。系统中要求控制对象的工艺特性及要求不同，为了达到最佳控制效果，针对不同的对象，往往需要采用不同的控制方案。3.1物料流量（FC1）控制物料是塔中进料所以对塔中温度、压力都有一定影响，所以在物料本质不变的情况下，控制物料流量使其恒定在一定范围内，对塔系稳定是必要的。由于物料经预热器预热所以温度基本恒定，而且是由原料泵输送所以压力也是一定的，所以物料流量控制只需采用单回路前馈控制方案。前馈控制可使受控变量连续维持在恒定的给定值上，即总进料量恒定。如图2-13.2塔温度(TC1)控制塔底的温度是由物料在重沸器中被导热油加热上升至塔底的温度，所以塔底的温度是随重沸器中导热油温度而改变的。塔底温度控制可以选择导热油出口流量为操作变量的控制方案。如图2-13.3塔压力(PC1)控制恒定压力的方法就是固定进料量(FC1)、回流量(FC2)、塔底温度(TC1)和冷却器负荷，使塔顶产品具有稳定的冷后温度与组分，以保持与回流罐的恒定压差。所以选择冷却后到回流罐的产品流量作为操作变量。回流罐出现负压可以通过（PC2）补充氮气。如图2-13.4塔底液位（LC1）控制塔底液位主要是受塔底温度（TC1）、向下一塔的出料量（FC3）的影响。由于塔图2-11#塔（脱丁烷）工艺控制流程图氮气线产品采出线TC1导热油出冷凝器导热油进FC1FC2LC2FC3PC2PC1LC1原料物料进2#塔回流线回流罐重沸器泵泵底液位不光对本塔系构成影响还会波及下一个塔系，所以必须使向下一塔的出料量（FC3）恒定在一定范围，还要满足液位高度控制在要求范围内。这样简单的单回路控制就无法满足要求，所以应该选用塔底液位（LC1）与向下一塔的出料量（FC3）串级控制。如图2-14．控制方案在DCS上的实现4.1MACSV系统介绍MACS系统是通过一抬网和基于现场总线技术的控制网络连接的由工程师站、操作站、现场控制站、通讯站、服务器组成的综合信息系统。MACS系统硬件由网络、工程师站、操作员站、系统服务器、高级计算机站、现场控制站（包括控制器、电源模块、I/O模块）、管理网网关、通信控制站组成。网络分监控网络、系统网络、控制网络三个层次，监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算机站、系统服务器的互连，系统网络实现系统服务器与现场控制站互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。4.2控制系统配置4.2.1I/O的配置根据系统监控要求，需要确定出系统中要检测的量和控制的量（即I/O点），列出系统I/O测点清单并说明信号类型。在该系统中采用热电阻、温度变送器、压力变送器、浮筒液位变送器、质量流量计、涡街流量计等将压力、温度、液位、流量信号转换成模拟电流信号输入DCS中，利用模拟输出信号控制各种调节阀来实现输出控制。4.2.2硬件配置根据控制方案所需的I/O点及工艺要求，结合MACS系统模块特点配置模块，还需要配置一个控制站、一个工程师站、二个系统服务器和三个操作员站。4.2.3软件配置工程师站配置MACSV组态软件、MACSV操作员站软件；服务器配置MACSV服务器软件、现场控制器运行软件；操作员站配置MACSV操作员站软件。4.3系统组态系统组态是在工程师站上利用组态软件完成，然后下装到控制站执行的。4.3.1系统配置组态应用系统的硬件配置通过系统配置软件完成。系统设备组态的任务是完成系统网和监控网上各网络设备的硬件配置。I/O设备组态是以现场控制站为单位来完成每个站的I/O单元配置。软件采用从主画面进入各组态画面的方式完成各部分组态。4.3.2数据库组态数据库组态就是定义和编辑系统各站的点信息，这是形成应用系统的基础。4.3.3算法组态算法组态由变量定义、变量使用、编制控制运算程序三部分构成。MACSV系统提供五种算法组态语言：SFC、ST、FBD、LD、FM。4.3.4图形、报表组态图形组态包括背景图定义和动态点定义，其中动态显示其实时值或历史变化，因而要求动态点必须同已定义点相对应。通过把图文连入系统，就可以实现图形的显示和切换。4.3.5编译、下装系统联编功能连接形成服务器下载文件，成为操作员站、现场控制站上的在线运行软件运行基础。服务器下装文件生成后，其中系统库、图形、报表文件通过网络下传到服务器和操作员站。参考文献1杨丽明张光新化工仪表及自动化北京：化学工业出版社20042沈平赵宏孙优贤过程控制理论基础杭州：浙江大学出版社19913王树青赵鹏程集散型计算机控制系统（DCS）杭州：浙江大学出版社19914周泽魁控制仪表与计算机控制装置北京：化学工业出版社2002