精餾塔壓力自動控制方案的選擇及優(yōu)化

呂志龍

(巴陵石化 合成橡膠事業(yè)部, 湖南 岳陽 414000)

精餾塔壓力自動控制方案的選擇及優(yōu)化

呂志龍

(巴陵石化 合成橡膠事業(yè)部, 湖南 岳陽 414000)

介紹了精餾塔自動控制壓力的各種方案, 分析了它們的優(yōu)點和缺點. 結(jié)合SEBS裝置的溶劑精餾塔所面對的問題, 采用了合理的控制方案, 很好的解決了問題, 使溶劑精制工藝平穩(wěn), 質(zhì)量合格穩(wěn)定.

精餾塔; 熱旁路; 調(diào)節(jié)閥; 分程控制

精餾塔是化工裝置中的常見設(shè)備, 是用來實現(xiàn)分離混合物的一種傳質(zhì)過程的設(shè)備, 通過精餾塔的精餾操作可得到不同規(guī)格的化工產(chǎn)品. 精餾過程是化工生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié), 其自動控制比較復雜, 控制變量多、控制方案多. 本文就壓力控制方案重點闡述, 精餾塔的壓力是精餾操作的重要參數(shù)之一, 精餾塔的壓力波動必將破壞塔內(nèi)原有的氣液平衡, 進而破壞塔內(nèi)物料平衡, 影響精餾塔的分離精度和經(jīng)濟性[1], 因此選擇一個好的精餾塔壓力控制方案至關(guān)重要.

SEBS裝置的溶劑精制崗位先采取用調(diào)節(jié)冷劑量來控制塔壓的方案, 但是精餾塔壓力控制不穩(wěn)定, 溶劑的產(chǎn)品質(zhì)量波動較大.通過反復考證, 采用并不斷優(yōu)化熱旁路控制塔壓的方案, 很好地解決了精餾塔的壓力不穩(wěn)定的問題, 提高了溶劑質(zhì)量的穩(wěn)定性,為SEBS裝置提供了合格的溶劑.

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1.1 塔頂氣體不冷凝

塔頂壓力用塔頂線上調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié), 如圖1所示, 多用于氣體吸收塔.

圖1 塔頂壓力調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)閥裝在塔頂線上)

1.2 塔頂氣體部分冷凝

壓力調(diào)節(jié)閥裝在回流罐出口不凝氣線上, 如圖2所示.

1.3 塔頂氣體全部冷凝

(1) 用冷凝器的冷劑量來控制塔壓, 如圖3所示. 該方案的優(yōu)點是所用的調(diào)節(jié)閥口徑小, 節(jié)約投資, 且可節(jié)約冷卻水; 缺點是冷凝速率與冷卻水量之間為非線性關(guān)系. 在冷卻流量波動較大時, 可設(shè)置塔壓與冷卻水量串級控制, 以克服冷卻水量波動對塔壓的影響[1].

圖2 塔頂壓力調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)閥裝在回流罐出口不凝氣線上)

圖3 用冷劑流量控制塔壓的方案

(2) 直接調(diào)節(jié)頂部氣相流量來控制塔壓, 如圖4所示. 該方案的優(yōu)點是壓力調(diào)節(jié)快捷、靈敏, 可調(diào)范圍也大; 缺點是所需調(diào)節(jié)閥口徑較大.

(3) 采用熱旁路的方法控制塔壓, 如圖5所示, 該方案反應(yīng)較為靈敏.

圖4 用塔頂氣相流量控制塔壓的方案

(4) 用冷凝器排液量與熱旁路相結(jié)合的辦法控制塔壓, 如圖6所示. 這時壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制兩只調(diào)節(jié)閥而構(gòu)成分程控制, 這樣就可以擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍. 缺點是需采用兩個調(diào)節(jié)閥, 增加了投資[1].

圖6 冷凝器排出液與熱旁路相結(jié)合

圖7 浸沒式冷凝器塔壓控制方案

(5) 當冷凝器位于回流罐下方時, 可采用浸沒式冷凝器塔壓控制方案, 如圖7所示. 這時調(diào)節(jié)閥安裝在通回流罐的氣相管路上. 這種控制方法, 一般希望進入冷凝器的冷劑量大, 保持過冷, 用改變壓差的方法使傳熱面積發(fā)生變化, 以改變氣相的冷凝量, 從而達到控制塔壓的目的.

2 SEBS裝置溶劑精制現(xiàn)狀

2.1 工藝簡介

SEBS裝置溶劑精制塔壓力控制采用調(diào)節(jié)冷劑量和不凝氣放空的控制方案. 當壓力高于壓力設(shè)定值時, 冷劑調(diào)節(jié)閥自動開大, 冷卻過多的氣相, 降低壓力. 相反, 壓力低于設(shè)定值時, 冷劑調(diào)節(jié)閥自動關(guān)小, 慢慢提高壓力(圖8).

圖8 冷劑量和部分放空結(jié)合控制塔壓方案

2.2 裝置存在的問題及原因分析

從圖9可以看出, 采取用冷劑量控制塔壓的方案, 在設(shè)置控制壓力定值0.06MPa時, 通過改變冷劑量來自動調(diào)節(jié)精餾塔的壓力, 壓力在以0.06MPa為中心線上下波動, 波動幅度較大.

該控制方案導致塔壓不穩(wěn)的原因是:

(1) 用冷劑量控制塔壓的方案雖然有節(jié)約冷卻水、所用調(diào)節(jié)閥口徑較小、能夠節(jié)約投資等優(yōu)點, 但是由于冷凝速率與冷卻水量之間為非線性關(guān)系, 在冷卻水流量波動較大時,對塔壓的影響也較大.

(2) 溶劑組分復雜, 不僅有絕大部分比例的溶劑, 還含有少量的在循環(huán)水作為冷劑的條件下不能被冷凝的不凝氣體. 不凝氣體由于得不到合理地排放, 就會不斷地累積, 破壞汽液兩相的平衡, 此時塔壓不能完全體現(xiàn)該具體溫度下的飽和蒸氣壓.

圖9 改造前精餾塔壓力控制情況

3 優(yōu)化壓力控制方案

3.1 改造方案

在冷凝器至回流罐的管線上加一個DN150的調(diào)節(jié)閥, 調(diào)節(jié)閥的自動控制與回流罐的液位直接連鎖,這樣在回流罐的采出和回流流量固定的情況下, 為保持液位穩(wěn)定, 從冷凝器下來的液相溶劑量也很固定.在冷凝器里, 當冷凝了過多的液相時, 減少了換熱面積, 減慢了冷凝速度, 壓力就會慢慢上漲. 當冷凝器里只有少量的液相時, 增加了換熱面積, 加快了冷凝速度, 壓力就會慢慢下降. 資料證明, 自動調(diào)節(jié)循環(huán)水來控制塔壓, 冷凝速率與冷卻水量之間存在非線性關(guān)系, 調(diào)節(jié)塔壓有不靈敏之嫌. 通過改變冷凝器的換熱面積來控制塔壓比較靈敏快速.

精餾塔熱旁路壓力控制主要用于塔頂氣相全部冷凝或存在微量不凝氣的工況[2]. 在冷凝器的頂部氣相管上配DN32的管線至回流罐頂, 并在管線上增加調(diào)節(jié)閥, 調(diào)節(jié)閥與精餾塔的壓力連鎖, 并將回流罐的放空調(diào)節(jié)閥與回流罐的壓力連鎖. 當壓力高于設(shè)定值時, 調(diào)節(jié)閥打開開度, 氣相就會流向壓力低的回流罐. 當回流罐聚集不凝氣時, 會及時排出, 維持系統(tǒng)壓力平衡(圖10).

3.2 改造效果

從圖11可以看出, 采取用冷凝液排出液、熱旁路和不凝氣放空相結(jié)合的控制塔壓方案, 在設(shè)置控制壓力定值0.06MPa時,壓力在以0.06MPa為中心線上下波動, 波動幅度很小, 達到了預期的效果. 壓力的平衡確保了精餾塔內(nèi)的氣液平衡和物料平衡, 保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定合格.

圖10 冷凝液排出液、熱旁路和不凝氣放空控制塔壓方案

圖11 改造后精餾塔壓力控制情況

4 結(jié)論

精餾塔的壓力控制有很多種方案, 不同的方案有著自身的優(yōu)缺點, 所以根據(jù)裝置現(xiàn)狀選擇合適的控制方案至關(guān)重要. SEBS裝置溶劑精制系統(tǒng)在前期失敗的壓力控制方案基礎(chǔ)上, 根據(jù)現(xiàn)狀選擇了冷凝液排出液、熱旁路和不凝氣放空相結(jié)合的控制塔壓方案, 取得了很好的效果.

[1] 婁愛娟, 吳志泉, 吳敘美. 精餾塔的自控流程[J]. 化工設(shè)計, 2002: 66～71

[2] 劉成軍, 張艷霞, 張香玲. 精餾塔壓力熱旁路控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 齊魯石油化工, 2008, 36(4): 285～288

The Selection and Optimization of Automatic Control Scheme about Rectifying Column Pressure

LV Zhi-long
(Baling Petrochemical Synthetic Rubber Division, Yueyang 414000, China)

This paper introduces many automatic control schemes about rectifying column pressure, and analyzes their advantages and disadvantages. With the problem of the solvent rectifying column in SEBS, we adopted a reasonable control scheme. The problem is solved well, and the solvent refining process is stable and the quality is stable too.

rectifying column; hot vapor bypass; control valves; split control

TE962

A

1672-5298(2015)02-0081-04

2015-05-20

呂志龍(1981 ? ), 男, 湖北黃岡人, 巴陵石化合成橡膠事業(yè)部工程師. 主要研究方向: 鋰系聚合物生產(chǎn)管理