PTA裝置母液回收自控設計性價比分析

樓靈

(中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120)

PTA裝置母液回收自控設計性價比分析

樓靈

(中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120)

從性能價格角度分析回收單元控制系統(tǒng)的設計，從工藝系統(tǒng)與自動化儀表系統(tǒng)一體化考慮節(jié)能減耗降排。以上兩部分都是當前設計與研究的重點，筆者從自控角度予以分析。

性能價格比；母液回收；自控工程設計；減排

Abstract:From the view point of the ratio of cost to characteristic, the design of control system used in recycling unit was analyzed. Energy saving and emission reduction should be taken into account in both process system and automatic instrument system, and these two parts are the emphasis in current design and research work. In this article, the analysis was carried out in automatic instrument aspect.

Keywords:ratio of cost to characteristic, recycling of base liquid, design of automatic control engineering, emission reduction

1 節(jié)能減排措施性價比

精對苯二甲酸(PTA)是重要的石油化工產品，是生產聚酯(PET)的主要原料。而在PTA精制生產過程中將產生大量的PTA母液，母液中PTA顆粒的存在一方面會造成資源浪費，另一方面增大了母液的COD含量，加劇了水的污染，增加了后續(xù)水處理工藝的負擔。以往業(yè)主對于這部分的處理并不重視，因此，大多是采用直接排放，這樣既不利于環(huán)境又不經(jīng)濟，該項目是以國內某石化公司PTA裝置改造增設母液回收系統(tǒng)為背景，以回收原料、脫鹽水，減少污水排放為目的，根據(jù)PTA裝置精制單元的生產實際及精制單元廢水母液中所含有機成份分析，利用不銹鋼超濾膜＋連續(xù)離子交換＋反滲透成套技術對母液回收及污水處理系統(tǒng)進行自動化控制，過濾后母液中的PT酸/PTA顆粒被作為再打漿反應物料，過濾后的濾清液一部分作為溶劑使用，一部分進入裝置污水系統(tǒng)，并且外排污水的COD值將大大降低，此外，還可以降低除鹽水使用量，減少外排污水總量，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，如果按每噸PTA可回收3kg計，則該廠40萬t/a的產能預計可回收1200 t的PTA，相應回收濾清液16萬t，減少污水排放16萬t，總預計每年為企業(yè)增效約800萬元人民幣。本裝置投資約為2000萬人民幣，相當于2～3年即可收回投資成本，由于該技術裝置廣泛采用了程控技術，自成系統(tǒng)，因此，操作簡便，對于裝置運行的人員工作負荷幾乎沒有增加。

2 工藝單元簡介

本系統(tǒng)主要包括以下工藝單元：

（1）不銹鋼超濾膜單元

（2）連續(xù)離子交換單元

連續(xù)離交工藝過程可分為以下幾步：

吸附

樹脂轉移

恢復運行

（3）樹脂再生單元

樹脂再生經(jīng)過以下幾步分部完成：

水洗

解析

水洗

樹脂的轉移

待機

（4）樹脂再生單元

樹脂再生單元工藝過程可分為以下幾步：

吸附

水洗

氫溴酸解析

堿再生

水洗

待機

（5）催化劑回收單元

（6）反滲透單元

3 自控設計

3.1 控制系統(tǒng)及儀表

本系統(tǒng)工藝較為復雜，控制點相對較多，特別是程控閥門更是達到約170個，整個系統(tǒng)的I/O點數(shù)約為600點，考慮原本沒有相應的處理系統(tǒng)，則整套系統(tǒng)都為新增，則新增控制點數(shù)量較大，必然影響到投資，那么，是否可以考慮改為人工手動現(xiàn)場操作呢，由于系統(tǒng)的復雜性和程序控制操作要求的連續(xù)性，因此，人工手動現(xiàn)場操作是不可能的，必須采用系統(tǒng)控制。如果考慮利用原有的DCS進行擴容，則涉及到的軟硬件改造費用預計約140萬人民幣，這與單獨為該系統(tǒng)設置PLC控制系統(tǒng)的軟硬件添置費用基本相當，但是，如果采用利用原有DCS進行擴容則會有兩方面的問題：①目前增加此系統(tǒng)的裝置往往為現(xiàn)有裝置改造，如此現(xiàn)有系統(tǒng)是否有足夠的空間為此回收系統(tǒng)進行擴容，即使有預留空間，由于回收系統(tǒng)的點數(shù)較多，則在改造后占用大量的預留為今后其他改造帶來不便；②該回收系統(tǒng)距離中央控制室比較遠，如果有裝置DCS進行控制就需要將所有信號接至中控室，這里就需要增加大量的電纜、橋架及施工費用。因此，該PTA 母液回收系統(tǒng)成套裝置的運行通過PLC自動控制系統(tǒng)進行。所有儀表控制直接由現(xiàn)場PLC系統(tǒng)完成，并有光纜通訊至裝置DCS可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。設備設計為三級控制，第一級控制為就地控制箱控制，為優(yōu)先級最高控制，當現(xiàn)場開關處于“就地操作”時，PLC 的遠程控制被切斷；第二級控制為MCC 柜控制，MCC 柜面板每臺電機有急停按鈕，在緊急情況下強制停機；第三級控制為PLC 遠程控制，PLC 遠程控制可以在上位機界面軟手動或PLC 程序控制；當就地操作設為遠程控制時，控制權上工控機，由操作人員通過操作員站遠程操作所有的現(xiàn)場可控設備。在上位控制中心設計自動控制與上位機操作程控選擇開關，自動控制時，PLC 自動控制（利用PLC 的邏輯控制功能提供設備的自動，及關聯(lián)設備的聯(lián)動，連鎖控制，及閉環(huán)控制）；軟手操作控制時，由監(jiān)控計算機中央控制（通過人機操作界面，對不銹鋼超濾膜裝置和連續(xù)離交密室移動床裝置的每一個閥和泵能進行獨立的遠程控制，具備連鎖保護功能，實現(xiàn)宏觀調控處理局部停機事故和緊急狀態(tài)，維持系統(tǒng)總體協(xié)調并具有遠程手動功能）。

PLC 控制系統(tǒng)由主站（包括CPU 與系統(tǒng)公共部分的I/O 模板）與各個子站組成，主站與子站之間通過Profibus 網(wǎng)絡連接，PLC 與監(jiān)控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，并預留與上一級系統(tǒng)通訊的以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)結構形式如圖所示。

系統(tǒng)結構配置圖

Profibus 是現(xiàn)場總線領域非常流行的一種開放式總線標準，是西門子TIA（全集成自動化）概念的重要組成部分。Profibus DP 用于實現(xiàn)分布式I/O 與單元級控制系統(tǒng)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸功能。

不銹鋼超濾膜進出口均設置壓力變送器，監(jiān)控不銹鋼超濾膜運行壓力，通過壓力調節(jié)實現(xiàn)不銹鋼膜恒流量過濾模式，嚴格檢測產水質量和流量，并監(jiān)測進料溫度，一旦有條件不能滿足不銹鋼超濾膜裝置的運行，自動切入到清洗狀態(tài)進行清洗。反滲透進水總管設置PH 計、電導率儀、溫度等在線儀表。一旦進水條件超過設定值，報警并停機。反滲透出水也設置相關分析儀表，監(jiān)控反滲透系統(tǒng)的出水水質。超濾、反滲透系統(tǒng)控制程序為自動化，超濾、反滲透單元運行模式既可以是自動化模式，也可以是人工操作模式，確保系統(tǒng)的安全。

3.2 控制方案

（1）水泵控制

供水泵、沖洗水泵均根據(jù)相應的水箱液位與壓力控制啟停，同時聯(lián)鎖整個系統(tǒng)設備的啟停。反滲透裝置的高壓泵和不銹鋼超濾膜循環(huán)泵進口裝有低壓保護開關；出口設壓力開關。當供水量不足使高壓泵入口的水壓低于某一設定值， 會自動發(fā)出信號停止高壓泵運行，保護高壓泵不在空轉情況下工作；當系統(tǒng)因其它的原因或誤操作， 使高壓泵或循環(huán)泵的出口壓力超過某設定值時， 高壓泵或循環(huán)泵出口壓力開關會自動發(fā)出信號切斷高壓泵供電，同時停運相應的反滲透裝置，保護系統(tǒng)設備不受損害。

（2）不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交和反滲透系統(tǒng)控制

不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)的啟動、運行、沖洗、停機備用等過程均由PLC 實現(xiàn)自動控制，每套系統(tǒng)有單獨的控制柜，采集該系統(tǒng)變送器與分析儀表的所有參數(shù)，并控制該系統(tǒng)的運行。

（3）不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交和反滲透啟停保護

不銹鋼超濾膜系統(tǒng)根據(jù)設計恒流量控制模式來控制超濾裝置的運行/清洗。當反滲透投入運行時，為了防止高壓泵突然啟動升壓，產生對反滲透膜元件的高壓沖擊破壞反滲透膜，該高壓泵采用變頻啟動，可以使反滲透膜元件緩慢升壓至一定的壓力。在反滲透停止使用時，打開沖洗閥、濃水端排放閥和產水閥，在低壓條件下利用進水對反滲透膜組件自動沖洗3分鐘左右，以避免濃水中的高有機物污染物在反滲透膜表面沉積結垢而影響膜的性能。

3.3 儀表選型

（1）閥門：由工藝描述我們可知，由本系統(tǒng)的特點，閥門的數(shù)量很多，約170臺，是自控投資最大的一塊，因此，如何選擇合適的閥門對于整個系統(tǒng)投資的影響非常明顯。本系統(tǒng)是一個循環(huán)脫附交換洗滌的過程，其控制以程控為主，對于控制精度的要求相對于主流的石化反應裝置其實是比較低的，本質上，這個系統(tǒng)其實是一個水處理的系統(tǒng)，沒有高溫，高壓，高流速，腐蝕，閃蒸等苛刻工況，對于閥門沒有很高的控制精度的要求，沒有高密封等級的要求，也沒有特殊材料的要求，因此，進口品牌的閥門和質量較好的國產閥門在這個系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)基本相當。如果按常規(guī)選擇進口品牌的閥門，則每臺閥門平均價格約為3萬元人民幣或者更多，則閥門的總投資至少為510萬，而如果選擇國產閥門則每臺閥門的平均價格約為1萬元人民幣左右，則閥門的總投資約為170萬元，至少相差340萬元人民幣，占總投資的17%。最終，本系統(tǒng)選擇了國產閥門。

（2）變送器：由于變送器在整個回用系統(tǒng)投資中所占比例較小，再考慮到產品性能及業(yè)主使用習慣，變送器采用羅斯蒙特3051系列。

（3）分析儀：過程及分析儀表由于在該系統(tǒng)中比較重要，因此，對于性能的要求比較高，最終選用橫河產品。

（4）溫度計：溫度儀表選用用戶常用的國產品牌。

4 結束語

本文以國內某石化廠PTA裝置改造項目增設母液回收系統(tǒng)為背景，從可行性及投資回報比開始，到從性能價格比角度詳細討論了自控工程設計的問題?？刂葡到y(tǒng)和閥門是本項目自控投資最主要的兩個部分，這兩個部分的配置和選擇直接大幅度影響到總投資，同時，控制系統(tǒng)和閥門又通常是裝置平穩(wěn)、高效運行的關鍵所在，因此，如何平衡好性能與價格，就成為了整個自控工程設計的重點，既要保證性能又要兼顧投資。此外，該系統(tǒng)的實施將有效地減少污水的排放，對于環(huán)境的保護有非常重要的意義，就這一方面而言已經(jīng)是無法用金錢來衡量。

Analysis of Ratio of Cost to Characteristics for Automatic Control Design Used in Base Liquid Recycling System in PTA Plant

Lou Ling
(SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai 200120)

TQ245

A

1008-455X(2011) 01-0049-03

2010-10-13

樓靈（1981－），男，工程師，從事自控工程設計工作。

Tel：021-58366600 E-mail：louling.ssec@sinopec.com.cn