吸附塔泵送循環(huán)控制閥運(yùn)行狀況的分析與評(píng)價(jià)

曾志鑫

（福建福海創(chuàng)石油化工有限公司，福建 漳州 363216）

原吸附分離循環(huán)泵高精閥PV705/FV715滿足不了控制要求，嚴(yán)重影響芳烴聯(lián)合裝置吸附分離的效果。為實(shí)現(xiàn)芳烴聯(lián)合裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)4臺(tái)進(jìn)口高精閥進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。

1 吸附分離工藝流程簡(jiǎn)介

PXⅠ/PXⅡ的吸附分離工藝采用法國(guó)AXENS公司的ELUXYL工藝，該工藝?yán)媚M移動(dòng)床原理，實(shí)現(xiàn)固液相連續(xù)逆向分離，生產(chǎn)高純度的對(duì)二甲苯。其工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 吸附分離工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of adsorption separation process

圖2 PV705流量特性曲線圖Fig.2 PV705 Flow characteristic curve

ELUXYL工藝是由兩個(gè)串聯(lián)的吸附塔、循環(huán)泵、144個(gè)程控閥組成的模擬移動(dòng)床裝置。每個(gè)吸附塔內(nèi)有12個(gè)床層，A塔No.1～No.12床層，B塔No.13～No.24床層。利用二用一備的循環(huán)泵，將兩個(gè)塔首尾相連，使24個(gè)床層形成一個(gè)閉合回路，循環(huán)泵就維持液流周期性地繞24個(gè)床層循環(huán)。144個(gè)程控閥用來(lái)周期性地改變各物料進(jìn)出口位置，但各物料間的相對(duì)位置（間隔的床層數(shù)和相互次序）保持不變。

串聯(lián)操作的吸附塔（C201A/B）均由12個(gè)吸附劑床層構(gòu)成，塔內(nèi)充滿液體。兩塔之間通過(guò)吸附塔循環(huán)泵（P202A/B/C）相連，循環(huán)液通過(guò)P202A和P202B由一個(gè)吸附塔的底部打入另一個(gè)吸附塔的頂部來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)操作， P202C作為P202A/B的備用泵。其中，由C201A到C201B的循環(huán)線為壓力控制（PV705），而由C201B到C201A的循環(huán)線則為流量控制（FV715）。吸附劑對(duì)不同C8芳烴同分異構(gòu)體的相對(duì)選擇性的差異導(dǎo)致了吸附塔內(nèi)的特定濃度分布，故循環(huán)液的流量和組成并非固定不變，而是隨所處吸附區(qū)域的不同而變化。

2 吸附塔泵送壓送調(diào)節(jié)閥更換的背景及技術(shù)要求

現(xiàn)場(chǎng)原使用的調(diào)節(jié)閥為某進(jìn)口套筒閥，但是控制精度一直未能滿足要求，嚴(yán)重影響芳烴聯(lián)合裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。綜合分析有幾點(diǎn)原因：①閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有問(wèn)題，此閥門為窗口式套筒結(jié)構(gòu)，其流量特性曲線為非直線型，調(diào)節(jié)精度較低，無(wú)法滿足高精閥的控制要求；②原來(lái)的西門子定位器精度不足，西門子定位器采用壓電閥控制進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣量，當(dāng)氣路有漏氣時(shí)，會(huì)不斷地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)氣，造成閥位波動(dòng)；③閥門氣缸偏小，使得氣缸的輸出力矩不足，進(jìn)而造成調(diào)節(jié)閥動(dòng)作不平穩(wěn)，因此必須更換這4臺(tái)高精閥。

圖3 FV715流量特性曲線圖Fig.3 FV715 Flow characteristic curve

其技術(shù)要求有：整體測(cè)量控制回路精度至少小于0.2%。行程變化量為100%時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于15s；行程變化量為10%時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于5s；行程變化量為1%時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于3s；行程變化量為0.1%時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于2s。以上行程變化量為相對(duì)值，例如，從50%～60%變化可認(rèn)為是10%的變化，動(dòng)作延遲時(shí)間在1s以內(nèi)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于5s，超調(diào)量小于變化量的2%，閥門穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2%。關(guān)于控制品質(zhì)，閥門廠家在出廠前試驗(yàn)時(shí)須做出控制曲線交專利商AXENS確認(rèn)，以上各指標(biāo)均以AXENS最終確認(rèn)為準(zhǔn)。

由于使用進(jìn)口閥門價(jià)格昂貴，且交貨周期較長(zhǎng)，因而決定在國(guó)內(nèi)尋找合格供應(yīng)商。經(jīng)過(guò)前期的技術(shù)澄清，到后來(lái)的入廠考察、簽訂技術(shù)協(xié)議等，最終確定由有相關(guān)高精閥業(yè)績(jī)的國(guó)內(nèi)閥門制造商——無(wú)錫智能閥門公司生產(chǎn)的平衡密封性套筒調(diào)節(jié)閥入圍。

3 吸附塔泵送壓送調(diào)節(jié)閥的主要改進(jìn)措施及特性測(cè)試

3.1 吸附塔泵送壓送調(diào)節(jié)閥的主要改進(jìn)措施

1）新閥增大了執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣缸直徑從450mm增加到550mm，閥門動(dòng)作重復(fù)性更加優(yōu)越，即在相同閥位的控制信號(hào)作用下，閥門實(shí)際閥位位置保持一致，較舊閥更為優(yōu)越。

2）新閥加長(zhǎng)了閥門總行程，從130mm增加到200mm，調(diào)整精度更精確。

3）閥桿加粗，減少或避免介質(zhì)流過(guò)閥芯造成的柔性振動(dòng)。

表1 PV705在各工況流量下對(duì)應(yīng)的開(kāi)度Table 1 Corresponding opening degree of PV705 under each working condition flow

4）閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)變動(dòng)，舊閥套筒為窗口結(jié)構(gòu)，新閥套筒為均勻多孔結(jié)構(gòu)，新閥精度更高。

5）更換氣動(dòng)放大器，由SMC品牌更換成FISHER品牌2625型氣動(dòng)放大器，提升氣動(dòng)附件靈敏度，減少由于氣路漏氣造成的閥門振蕩。

6）剛開(kāi)車時(shí)處于低負(fù)荷運(yùn)行，閥門實(shí)際開(kāi)度為45%左右，尚保留有提量空間，再提高負(fù)荷時(shí)閥門的調(diào)控性能應(yīng)會(huì)更加優(yōu)越。

3.2 吸附塔泵送壓送調(diào)節(jié)閥特性測(cè)試

1）PV705/FV715固有流量特性曲線，如圖2、圖3所示。

2）閥門在各要求工況流量下對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，見(jiàn)表1、表2。

由圖2、圖3及表1、表2所測(cè)試的數(shù)據(jù)分析得出：①測(cè)試調(diào)節(jié)閥的流量特性，此4臺(tái)調(diào)節(jié)閥滿足直線型流量特性要求；②PV705的使用開(kāi)度在24%～89.7%之間，F(xiàn)V715的使用開(kāi)度在21.84%～89.7%之間，滿足調(diào)節(jié)閥使用準(zhǔn)則；③測(cè)試得出的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與理論計(jì)算值相差小于2%，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)流量要求。

3）閥門動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試曲線，如圖4所示。

由圖4所示，由于新閥門的運(yùn)動(dòng)部件以高精度加工為主，達(dá)到低的摩擦，在FISHER定位器配合下實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度，該閥對(duì)測(cè)試信號(hào)上下行程均具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性。

4 吸附塔泵送壓送調(diào)節(jié)閥運(yùn)行情況分析

自2014年3月15日開(kāi)工投用以來(lái)，經(jīng)多次PID參數(shù)的整定優(yōu)化，此4臺(tái)閥門使用情況良好。目前吸附裝置操作在112%的進(jìn)料負(fù)荷，循環(huán)流量和系統(tǒng)壓力能正?？刂?，PX純度在99.83以上，產(chǎn)品收率在98%以上，整體工藝性能良好。

1） 吸附塔循環(huán)泵循環(huán)流量分析

根據(jù)截取的P202B出口流量示值FI-715可以看出，流量示值呈周期性穩(wěn)定變化，不同的物流注入和抽出按照固定的床層間隔由順序控制系統(tǒng)（SCS）沿吸附塔逐個(gè)床層進(jìn)行步進(jìn)切換，24個(gè)步進(jìn)為一個(gè)周期，每個(gè)步進(jìn)約75s，一個(gè)周期約30min。其與工藝包提供商AXENS的工藝要求吻合。

表2 FV715在各工況流量下對(duì)應(yīng)的開(kāi)度Table 2 Corresponding opening degree of FV715 under various working conditions

圖4 閥門動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試曲線Fig.4 Valve dynamic response test curve

圖5 循環(huán)泵的循環(huán)流量Fig.5 Circulation flow of circulating pump

圖6 吸附塔壓力變化圖Fig.6 Pressure change diagram of adsorption tower

2） 吸附塔壓力分析

由6圖可知，吸附塔循環(huán)泵P-202A的入口壓力PI705在30min的周期內(nèi)，壓力波動(dòng)在30KPa以內(nèi)，控制相對(duì)平穩(wěn)，滿足AXENS的要求。

閥門投運(yùn)后，各床層的壓差均在34KPa～36KPa范圍內(nèi)，最大壓差出現(xiàn)在B塔第4層床層僅38.8KPa，完全滿足AXENS關(guān)于床層的壓差必須控制在45KPa范圍以內(nèi)的要求。芳烴聯(lián)合裝置從2018年12開(kāi)車至今，此4臺(tái)泵送循環(huán)控制閥未出現(xiàn)任何問(wèn)題，完全能夠滿足吸附分離程序控制的苛刻要求，證明本次的改造是成功的。

5 結(jié)束語(yǔ)

吸附塔泵送循環(huán)控制閥作為芳烴吸附分離裝置最為重要的控制閥門，其質(zhì)量的好壞直接影響芳烴聯(lián)合裝置的正常運(yùn)行。長(zhǎng)期以來(lái)，此種高精閥門一般由國(guó)外品牌壟斷，此次國(guó)產(chǎn)化閥門的正常使用，為國(guó)內(nèi)同類裝置的使用提供了更多借鑒，其意義重大。