專利名稱：一種提高丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種丙烯腈生產(chǎn)的控制系統(tǒng)和方法，特別涉及一種丙烯腈生產(chǎn)回收塔溫度的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)丙烯腈生產(chǎn)裝置大都采用丙烯氨氧化合成丙烯腈工藝，其優(yōu)點是工藝流程短，投資少、成本低，原料來源充實價格便宜，丙烯的轉(zhuǎn)化率和丙烯腈的收率高，過程的副產(chǎn)物可回收利用，減少了工業(yè)污染。丙烯氨氧化合成丙烯腈的工藝在催化劑、反應(yīng)器、工藝流程，節(jié)能、三廢處理等方面都已很成熟且經(jīng)濟(jì)。
丙烯腈裝置中的回收塔(亦稱萃取精餾塔)，是丙烯氨氧化制丙烯腈工藝提高產(chǎn)品收率和控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要設(shè)備，對它操作的平穩(wěn)與否直接影響整個回收塔的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。目前國內(nèi)幾乎所有的丙烯腈裝置都采用集散控制系統(tǒng)(Distributed ControlSystem, DCS)的基本控制功能對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，這些基礎(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)保障了丙烯腈回收塔的安全運行。但在實際的生產(chǎn)過程中，其工藝原理相對來說比較復(fù)雜，可供觀察和控制的參數(shù)較少，對工藝分析十分重要但又不可測量的中間關(guān)鍵參數(shù)較多?；厥账诔Ｒ?guī)情況下，對產(chǎn)品質(zhì)量的控制是通過靈敏板溫度與進(jìn)入再沸器的低壓蒸汽流量所形成的串級閉合回路來實現(xiàn)的，回收塔進(jìn)料量即原料液流量是通過單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行簡單控制。當(dāng)回收塔進(jìn)料狀況發(fā)生變化時，引起回收塔內(nèi)液體汽化量、降液量、釜液位、釜壓變化，導(dǎo)致靈敏板溫度變化。但是，靈敏板溫度與進(jìn)入再沸器的低壓蒸汽流量串級控制系統(tǒng)對于克服富水進(jìn)料流量的變化比較滯后，且富水進(jìn)料流量又是影響回收塔溫度變化的主要干擾因素，從而影響回收塔分離效率及操作穩(wěn)定性，使丙烯腈產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性不是很佳?；厥账闹饕蝿?wù)是分離丙烯腈和乙腈，控制靈敏點溫度是保證丙烯腈和乙腈分離的重要手段。丙烯腈沸點(77°C )和乙腈沸點(81°C )相差僅4°C，相對揮發(fā)度很小，用一般的精餾方法很難分離，但加入水溶劑可使兩者相對揮發(fā)度有很大變化而易于分離。雖然吸收液中含有大量水，但是在進(jìn)料板上水分含量卻很低，因此需要在塔頂加入水進(jìn)行萃取精餾。從吸收塔過來的吸收液在萃取精餾塔中通過萃取精餾將進(jìn)料中的乙腈除去。為保證回收塔塔頂出料中乙腈含量達(dá)到指標(biāo)控制要求，回收塔塔頂出料乙腈能否合格取決于靈敏點溫度的控制是否穩(wěn)定。靈敏點溫度主要受原料液進(jìn)料量、塔釜加熱量和進(jìn)料溫度等因素的影響。原料進(jìn)料量減小、原料液溫度高或回收塔塔釜加熱量大，塔內(nèi)液體汽化量增大，降液量減少，釜液位下降，釜壓上升，靈敏點溫度升高。這時，上升汽相中的乙腈含量增力口，造成塔頂出料乙腈含量不合格。另外，保持塔的物料平衡和熱量平衡，是保持塔的平穩(wěn)操作，確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在操作控制中，要保持油層出料與進(jìn)料中的丙烯腈含量相適應(yīng)。若油層出料量大于進(jìn)料丙烯腈量，則乙腈由塔頂餾出，使塔頂出料的乙腈含量不合格。當(dāng)進(jìn)料吸收液濃度增大時，則應(yīng)增大萃取水量，以免萃取水量不足時，塔頂丙烯腈油層乙腈含量超高。隨著吸收液的濃度和來量增大，再沸器加入的蒸汽量、冷凝器的冷卻水量也要隨之提高。上述現(xiàn)有丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)中所使用的回收塔的操作及控制系統(tǒng)如圖I所示?，F(xiàn)有控制系統(tǒng)對回收塔進(jìn)料量的變化或再沸器結(jié)垢或吸收塔操作條件變化等情況，不能及時感知，反應(yīng)滯后，使得靈敏板溫度波動較大，嚴(yán)重影響了回收塔的穩(wěn)定運行，這也成為回收塔穩(wěn)定控制、穩(wěn)定性生產(chǎn)的難點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是減少丙烯腈裝置靈敏板溫度測量的滯后性，基于現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，開發(fā)了將回收塔進(jìn)料量作為前饋的前饋串級控制系統(tǒng)及其控制方法，穩(wěn)定控制回收塔內(nèi)環(huán)境和靈敏板溫度，克服了回收塔進(jìn)料量變化引起的外部擾動。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，一種提高丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，包括一回收塔靈敏板溫度控制器、一個回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔進(jìn)料流量控制回路，上述再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路輸出端連接回收塔輸入 端，上述靈敏板溫度控制器與再沸器流量控制回路為串級閉合回路，上述靈敏板溫度控制器經(jīng)過對溫度設(shè)定值與回收塔的溫度測量值進(jìn)行PID運算后輸出到再沸器流量控制器，上述組件和回路由自動閥控制，上述各自動閥連接到丙烯腈裝置的中央控制室DCS控制系統(tǒng)，上述回收塔流量控制器回路設(shè)有測量回收塔進(jìn)料量的回收塔流量控制器，上述靈敏板溫度控制器輸出端與再沸器流量控制器輸入端中串聯(lián)計算模塊，上述回收塔流量控制器測量值與靈敏板溫度控制器輸出值一并輸出到計算模塊作為輸入端，形成前饋串級控制系統(tǒng)。所述再沸器流量控制回路由再沸器流量控制器、調(diào)節(jié)閥和流量對象連接而成，力口熱介質(zhì)流量值作為反饋輸入連接到再沸器控制器輸入端。所述計算模塊根據(jù)靈敏板溫度控制器的輸出值與回收塔流量控制器的測量值進(jìn)行運算，運算所得輸出量經(jīng)工程單位轉(zhuǎn)換后，得到流量設(shè)定值輸出到再沸器流量控制器。所述串級控制系統(tǒng)基于DCS系統(tǒng)現(xiàn)有模塊開發(fā)。一種提高產(chǎn)品丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法，基于權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)進(jìn)行控制，該方法包括以下步驟(I)當(dāng)回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量發(fā)生變化時，回收塔流量控制器測量出回收塔即時進(jìn)料量；(2)上述回收塔流量控制器的測量輸出值與回收塔靈敏板溫度控制器輸出值一并輸入到計算模塊；(3)上述計算模塊計算出再沸器加熱量值，輸出至再沸器流量控制器；(4)再沸器流量控制器根據(jù)再沸器加熱量值，在回收塔進(jìn)料量還未引起靈敏板溫度變化前，提前調(diào)整再沸器加熱量；(5)重復(fù)步驟(1)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加熱量與回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量匹配，穩(wěn)定回收塔溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案的靈敏板溫度前饋串級控制系統(tǒng)提高了回收塔操作穩(wěn)定性，該回收塔在傳統(tǒng)回收塔靈敏板溫度與進(jìn)再沸器低壓蒸汽流量串級控制的基礎(chǔ)上，引入原料液進(jìn)料量的流量構(gòu)成前饋，形成前饋串級控制系統(tǒng)，減少了回收塔進(jìn)料量變化造成的回收塔靈敏板溫度的不穩(wěn)定波動，提高了回收塔靈敏板溫度的穩(wěn)定性，提高了丙烯腈產(chǎn)品純度及操作穩(wěn)定性。
圖I是回收塔串級回路控制系統(tǒng)組態(tài)圖；圖2是回收塔前饋串級回路控制系統(tǒng)組態(tài)
1、回收塔；2、再沸器；3、回收塔進(jìn)料控制回路；4、再沸器控制回路；5、靈敏板溫度控制器；6、再沸器流量控制器；7、回收塔流量控制器；8、計算模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。下面以國內(nèi)主流的13萬噸丙烯腈裝置為例，丙烯腈裝置由中央控制室DCS控制系統(tǒng)控制。如圖2所示，回收塔進(jìn)料控制器7為FC3012，靈敏板溫度控制器5為TC3021，再沸器流量控制器6為FC3011，計算模塊8為TY3021，蒸汽調(diào)節(jié)閥為FV3011，上述各控制器、自動調(diào)節(jié)閥連接到丙烯腈裝置的中央控制室DCS控制系統(tǒng)?；厥账M(jìn)料量控制回路3連接回收塔I和吸收塔，吸收塔的釜液作為原料液通過回收塔進(jìn)料量控制回路3進(jìn)入回收塔。進(jìn)入回收塔的原料液由回收塔進(jìn)料控制回路3控制，回收塔進(jìn)料控制回路3上設(shè)有回收塔流量控制器7，以及調(diào)節(jié)流量的閥門?；厥账髁靠刂破?監(jiān)測回路中進(jìn)入回收塔原料液的流量，并將采集的流量值輸出至計算模塊。再沸器控制回路4上依次設(shè)有再沸器流量控制器6、計算模塊8以及靈敏板溫度控制器5，靈敏板溫度控制器5設(shè)定一個溫度值，并對回收塔I采集一個溫度值。未進(jìn)行前饋串聯(lián)控制系統(tǒng)改造前，靈敏板溫度控制器5與再沸器流量控制器6直接串級控制，靈敏板溫度控制器5采集回收塔I的溫度，然后與設(shè)定溫度進(jìn)行比較運算，計算出需要的蒸汽量，再將計算值輸出至再沸器流量控制器6，再沸器流量控制器6再輸出調(diào)整信號調(diào)整蒸汽調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而調(diào)整蒸汽流量，維持或恢復(fù)回收塔內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn)丙烯腈的條件。由于靈敏板溫度控制器5只能在回收塔溫度發(fā)生變化后才能做出調(diào)整控制，使得控制遲滯，極大的影響丙烯腈生產(chǎn)的穩(wěn)定性。前饋串級控制系統(tǒng)是將上述回收塔進(jìn)料量作為前饋與靈敏板溫度控制器輸出值一并輸入到計算模塊，計算模塊對上述兩路輸入值進(jìn)行運算后輸出到再沸器流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)蒸汽流量。上述靈敏板溫度控制器5的輸出值與回收塔流量控制器7未經(jīng)過PID運算的測量值一并輸入到計算模塊8，上述計算模塊8對兩路輸入值進(jìn)行運算，計算出再沸器控制回路4輸入回收塔I的蒸汽量值，然后將上述計算值輸出到再沸器流量控制器6，再沸器流量控制器控制蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)蒸汽流量。一種提高產(chǎn)品丙烯腈穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法，基于權(quán)利要求I所述系統(tǒng)進(jìn)行控制，該方法包括以下步驟(I)當(dāng)回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量發(fā)生變化時，回收塔流量控制器測量出回收塔即時進(jìn)料量；回收塔流量控制器可以測量回收塔進(jìn)料量的流量值；
( 2 )上述回收塔進(jìn)料流量控制器輸出的測量值與回收塔靈敏板溫度控制器輸出值一并輸入到計算模塊；靈敏板溫度控制器能測量回收塔的溫度值，并對測量的溫度值與預(yù)先設(shè)定的溫度值進(jìn)行邏輯比較；(3)上述計算模塊計算出再沸器加熱量值，輸出到再沸器流量控制器；(4)再沸器流量控制器根據(jù)再沸器加熱量值，在回收塔進(jìn)料量還未引起靈敏板溫度變化時，提前調(diào)整再沸器加熱量；(5)重復(fù)步驟(1)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加熱量與回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量匹配，穩(wěn)定回收塔溫度。原料液進(jìn)料流量的前饋控制克服了傳統(tǒng)蒸汽加熱量與靈敏板溫度的串級控制回路的溫度測量滯后性，減少了回收塔操作不穩(wěn)定因素。采用本技術(shù)方案的前饋控制系統(tǒng)，當(dāng)再沸器傳熱量降低或原料進(jìn)料流量變化等因素變化時，可以在靈敏板溫度變化前，提前調(diào)整再沸器蒸汽加熱量與原料液進(jìn)料流量，克服了靈敏板溫度變化時間長、萃取精餾塔不易穩(wěn)定、控制品質(zhì)差等缺點，保持靈敏板溫度的波動維持在±0. 5°C，使得丙烯腈與乙腈的完全分離，維持了回收塔的操作穩(wěn)定性，提高丙烯腈的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，并為后續(xù)的單元操作減輕負(fù)擔(dān)。 本發(fā)明不限于使用在生產(chǎn)丙烯腈的回收塔裝置上，也適用于使用同類靈敏板溫度控制器實現(xiàn)精確控制的回收塔或萃取精餾塔裝置上。
權(quán)利要求
1.一種提高丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，包括一回收塔靈敏板溫度控制器、一個回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔進(jìn)料流量控制回路，上述再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路輸出端連接回收塔，上述靈敏板溫度控制器與再沸器流量控制回路為串級閉合回路，上述靈敏板溫度控制器的溫度設(shè)定值與對回收塔的溫度測量值進(jìn)行PID運算后輸出至再沸器流量控制器，上述組件和回路由自動閥控制，上述各自動閥均連接丙烯腈裝置的中央控制室DCS控制系統(tǒng)，其特征在于上述回收塔流量控制器回路設(shè)有測量回收塔進(jìn)料量的回收塔流量控制器，上述靈敏板溫度控制器輸出端與再沸器流量控制器輸入端中串聯(lián)計算模塊，上述回收塔流量控制器測量值與靈敏板溫度控制器輸出值一并輸出到計算模塊作為輸入端；計算模塊輸出端連接到再沸器流量控制器，形成前饋串級控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述再沸器流量控制回路由再沸器流量控制器、調(diào)節(jié)閥和流量對象連接而成，加熱介質(zhì)流量值由流量計測量得到，作為反饋輸入連接至再沸器控制器輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述計算模塊根據(jù)靈敏板溫度控制器的輸出值與回收塔流量控制器的測量值進(jìn)行運算，運算所得輸出量經(jīng)工程單位轉(zhuǎn)換后，得到再沸器流量控制器的流量設(shè)定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述串級控制系統(tǒng)基于DCS系統(tǒng)現(xiàn)有模塊開發(fā)。
5.一種提高產(chǎn)品丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法，基于權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)進(jìn)行控制，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)當(dāng)回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量發(fā)生變化時，回收塔流量控制器測量出回收塔即時進(jìn)料量； (2)上述回收塔流量控制器輸出的測量值與回收塔靈敏板溫度調(diào)節(jié)器輸出值一并輸入到計算模塊； (3)上述計算模塊計算出再沸器加熱量值，輸出至再沸器流量控制器； (4)再沸器流量控制器根據(jù)再沸器加熱量值，在回收塔進(jìn)料量還未引起靈敏板溫度變化時，提前調(diào)整再沸器加熱量； (5)重復(fù)步驟(I)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加熱量與回收塔進(jìn)料控制回路的進(jìn)料量匹配，穩(wěn)定回收塔溫度。
全文摘要
一種提高丙烯腈生產(chǎn)穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，包括一回收塔靈敏板溫度控制器、一個回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔進(jìn)料流量控制回路，再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路輸出端連接回收塔輸入端，靈敏板溫度控制器與再沸器流量控制回路為串級閉合回路，靈敏板溫度控制器的溫度設(shè)定值與對回收塔的溫度測量值輸出至再沸器流量控制器，組件和回路由自動閥控制，回收塔流量控制器回路設(shè)有流量控制器，靈敏板溫度控制器與再沸器流量串級閉合回路中設(shè)有計算模塊，回收塔進(jìn)料量作為前饋與靈敏板溫度控制器輸出值一并輸入到計算模塊，形成前饋串級控制系統(tǒng)，其控制方法為提高產(chǎn)品丙烯腈穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法，上述系統(tǒng)和方法提高丙烯腈生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
文檔編號G05B19/418GK102796028SQ20121029303
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者高麗梅, 王學(xué)珍, 鄧芳, 呂英杰, 王湛, 劉生寶, 楊思青, 李培勤, 王萬兵, 魏光輝, 方玉嬌, 王紅霞, 劉勝群, 曹明華 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中石化寧波工程有限公司, 中石化寧波技術(shù)研究院有限公司