精餾塔操作及自動控制系統(tǒng)的改進

丁鐵福，徐 宏

（浙江衢化氟化學(xué)有限公司，浙江 衢州 324004）

在含氯產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，各種產(chǎn)品需要通過精餾操作進行分離，但由于公用系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，含氯產(chǎn)品生產(chǎn)裝置經(jīng)常受外界蒸汽壓力、流量、溫度等因素波動的影響，為了確保裝置穩(wěn)定高負荷運行，避免產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，降低能耗及物料損耗，對精餾塔運行的各種參數(shù)在蒸汽波動時進行了分析與對比，并結(jié)合實際提出了控制系統(tǒng)改進方案，使精餾塔的操作不斷完善，操作更為簡便、穩(wěn)定。

1 精餾塔的基本控制方案

精餾塔控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量指標，即產(chǎn)品的組分，但產(chǎn)品組分分析只能在產(chǎn)品產(chǎn)生了才能進行檢測，不能對過程進行監(jiān)控，存在分析周期長，數(shù)據(jù)反應(yīng)滯后等問題，因而精餾過程中的溫度參數(shù)的穩(wěn)定控制變得尤為重要。而精餾操作是通過靈敏板進行控制的，因此靈敏板溫度的穩(wěn)定控制是控制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

為了控制靈敏板溫度在指標范圍內(nèi)，可以通過加熱蒸汽量、冷卻劑量、回流量、釜液位高度、進料量等條件的變化來進行溫度調(diào)節(jié)。但對設(shè)備結(jié)構(gòu)已定，生產(chǎn)負荷和產(chǎn)品比例基本不變的操作過程中，精餾塔的進料量F、組分XF、蒸汽量、冷卻劑量、釜液出料量W處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，往往是通過回流比的調(diào)節(jié)來控制靈敏板的溫度，當靈敏板溫度T上升時，通過加大回流量L，來降低靈敏板溫度。當靈敏板溫度下降時，通過減少回流量，來提高靈敏板溫度[1]。

2 蒸汽壓力波動對精餾操作的影響

精餾塔在低負荷或外界影響小的情況下，用回流比調(diào)節(jié)靈敏板溫度基本能控制好產(chǎn)品的質(zhì)量。但是在高負荷運行情況下，公用系統(tǒng)的蒸汽壓力經(jīng)常波動，而且變化幅度也較大，使塔釜再沸器熱量傳遞很不均勻，造成精餾塔氣-液不平衡，使靈敏板溫度變化幅度加大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）當外界蒸汽壓力突然升高，塔釜難揮發(fā)組分蒸發(fā)量增加，靈敏板溫度上升，必須采取加大回流量來控制靈敏板溫度，保證塔頂產(chǎn)品質(zhì)量；但在實際操作中蒸發(fā)量過大，則會造成液沫夾帶，結(jié)果造成氣液兩相之間傳質(zhì)效果降低，影響產(chǎn)品的質(zhì)量；嚴重時還會產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。

（2）當外界蒸汽壓力突然下降，塔釜難揮發(fā)組分蒸發(fā)量減少，靈敏板溫度下降，若不及時減少回流量，靈敏板溫度會大幅度下降，易揮發(fā)組分很容易帶入塔釜，造成后序產(chǎn)品質(zhì)量下降；另一方面，為了保證靈敏板溫度，回流量下降過快，使回流比降低，影響分離效果；同樣，蒸發(fā)量太小，上升蒸汽速度降低，塔內(nèi)將產(chǎn)生漏液現(xiàn)象，影響分離效果[1]。

3 調(diào)節(jié)蒸汽流量，控制靈敏板溫度

將蒸汽流量定值變成可調(diào)節(jié)值，根據(jù)蒸汽壓力變化情況，手動將蒸汽進料量進行調(diào)節(jié)，確保塔釜蒸發(fā)量相對穩(wěn)定，來保證靈敏板溫度但仍存在許多問題。

（1）在操作過程中表現(xiàn)出比較被動，操作頻繁，增加了勞動強度。

（2）需要特殊操作技能高，但每個操作人員水平不同，調(diào)節(jié)幅度不一，難以避免出現(xiàn)靈敏板溫度瞬間大幅度波動，使整個塔的溫度、進出料量分布曲線變化頻率及幅度較大，容易造成產(chǎn)品純度質(zhì)量問題。

（3）蒸汽流量與回流量同時進行調(diào)節(jié)靈敏板溫度，很難分清主次，操作不當，很容易破壞精餾正常進行和氣-液平衡，導(dǎo)致整個操作惡化。

（4）給蒸汽進料量、回流量等工藝指標的制定、執(zhí)行帶來較大困難。

4 蒸汽流量的自動控制，確保氣-液平衡

在精餾塔的連續(xù)操作過程中應(yīng)做到物料平衡、氣-液平衡和熱量平衡，這3個平衡互相影響，互相制約。蒸汽壓力突然變化時，將直接影響塔釜難揮發(fā)組分的蒸發(fā)量，使當時塔內(nèi)熱量存在不平衡，導(dǎo)致氣-液不平衡。在生產(chǎn)過程中，各精餾塔設(shè)備已確定，塔釜蒸發(fā)量與氣體流速成正比關(guān)系，而流速與塔壓差也成正比關(guān)系，所以控制好塔頂、塔釜壓力就能保證一定的蒸發(fā)量，而在操作中，塔頂壓力可通過塔頂壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行穩(wěn)定調(diào)節(jié)或大部分為常壓塔，為此，穩(wěn)定塔釜壓力就特別重要。于是在蒸汽進料量不變情況下，對蒸汽壓力變化情況與塔釜壓力的變化進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者成正比關(guān)系，而且滯后時間極小。于是將蒸汽進料量與塔釜壓力進行串級操作，將塔釜壓力信號傳遞給蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥根據(jù)塔釜壓力進行自動調(diào)節(jié)，通過蒸汽進料量自動增大或減少，確保塔釜壓力穩(wěn)定，從而保證了精餾操作不受外界蒸汽波動的影響[2]。

5 系統(tǒng)改進前后對比

收集一個月的實際運行數(shù)據(jù)對最高值與最低值的偏差進行統(tǒng)計分析，以氯仿塔為例，系統(tǒng)改進前后某一段時期工藝指標執(zhí)行情況見表1。

表1 系統(tǒng)改進前后某一段時期工藝指標執(zhí)行情況

從表1可以看出，經(jīng)系統(tǒng)改進后塔釜壓偏差從12.4 kPa降低至1.1 kPa；回流量偏差從4.8 m3/h降低至1.5 m3/h；采出量從3.5 m3/h降低至1.1 m3/h；靈敏板溫度偏差從13.7℃降低至4.2℃；產(chǎn)品優(yōu)級品率也從89%上升至99%。

6 結(jié)果與討論

（1）改進后的控制系統(tǒng)投運后，精餾塔的各點溫度曲線基本在一條直線上，靈敏板溫度變化范圍也大大縮小，進出料量也很穩(wěn)定，完全不受外界蒸汽壓力波動影響，從操作曲線及分析結(jié)果看，整個精餾塔在自動調(diào)節(jié)過程中，完全達到了物料、氣-液及熱量3個平衡，而且操作方便、簡單，大大減輕了操作人員負擔(dān)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）操作穩(wěn)定后，避免了受蒸汽壓力波動使產(chǎn)品返回操作或不合格品的處理，減少了動力、蒸汽能耗及物料損耗。同時也避免了因產(chǎn)品質(zhì)量不好而降負荷操作。

（3）改進了自動控制系統(tǒng)后，操作人員思維也要進行更新，如塔釜是否液泛，不能通過塔釜壓力升高來判斷?；亓髁康目刂聘鼮橹匾?，必須防止回流量過大或過小，破壞塔內(nèi)物料平衡，影響正常操作。必須要避免塔壓差過大或過小，使蒸汽調(diào)節(jié)閥自動關(guān)小或開大來減少或增大蒸汽量，造成塔內(nèi)氣-液不平衡，降低傳遞效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）精餾塔的操作仍較為復(fù)雜，操作中的一個參數(shù)變化，可能會波及整個塔的正常工作，操作人員必須仔細地檢查和分析產(chǎn)生變化的原因，然后有針對性地進行調(diào)節(jié)。隨著自動化程度提高，精餾塔操作也應(yīng)該多采用儀表自動化控制，使產(chǎn)品的質(zhì)量和精餾塔操作的穩(wěn)定性大大地提高。