識(shí)讀乙烯精餾塔管道儀表流程圖課件

1、概述 在石油、化工工業(yè)中，許多原料、中間產(chǎn)品或粗成品，往往全是由若干組分所組成的混合物，需要通過(guò)精餾過(guò)程進(jìn)行分離或精制。精餾塔就是用于精餾過(guò)程的重要設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油和化學(xué)工業(yè)中，大約4050的能量消耗在精餾設(shè)備中。因此，精餾塔的控制一直是過(guò)程控制領(lǐng)域普遍重視的問題。 精餾塔是個(gè)多參數(shù)的被控對(duì)象。它的通道很多。它由多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用的響應(yīng)緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)，而不同工藝要求下塔的結(jié)構(gòu)也各不相同且控制要求又較高所有這些都給精餾塔的控制帶來(lái)一定的困難。2022/7/29第頁(yè)第1頁(yè)，共24頁(yè)。3.1 工藝流程及基本技術(shù)指標(biāo) 精餾塔的控制任務(wù)及其變量配對(duì)關(guān)系 對(duì)精餾塔的控制要求通

2、常為質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量、及能量消耗三個(gè)方西。質(zhì)量指標(biāo)是指使塔頂產(chǎn)品中的輕組分（或重組分雜質(zhì)）含量符合技術(shù)要求；或使塔底產(chǎn)品中重組分（或輕組分雜質(zhì)）符合技術(shù)要求。質(zhì)量指標(biāo)是精餾塔控制中的關(guān)鍵，因此，精餾塔的控制任務(wù)是在保證質(zhì)量指標(biāo)的前提下使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高，能量消耗盡量低。2022/7/29第頁(yè)第2頁(yè)，共24頁(yè)。石化一些簡(jiǎn)單知識(shí) 乙烯在常溫下為無(wú)色、易燃燒、易爆炸氣體，以它的生產(chǎn)為核心帶動(dòng)了基本有機(jī)化工原料的生產(chǎn)，是用途最廣泛的基本有機(jī)原料，可用于生產(chǎn)塑料、合成橡膠，也是乙烯多種衍生物的起始原料。裂解的原料烴有氣態(tài)和液態(tài)之分，氣態(tài)的有煉廠氣、天然氣的凝析液，液態(tài)的有汽油、煤油、柴油。原油在高溫的裂

3、解爐管內(nèi)生成焦炭，不能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，自今未能在工業(yè)應(yīng)用。 2022/7/29第頁(yè)第3頁(yè)，共24頁(yè)。 氣態(tài)原料裂解溫度高，乙烯收率高（可達(dá)85），操作方便（裂解管不易結(jié)焦），但原料資源少，副產(chǎn)少。液態(tài)原料來(lái)源廣泛，裂解溫度低，收率較低（乙烯收率為25 30），但副產(chǎn)物多，便于綜合利用，生產(chǎn)中需定時(shí)清除爐管內(nèi)的焦炭。為減少在爐管中生成焦炭，裂解原料中加入水蒸氣。裂解爐有多種型式，核心是放在爐膛內(nèi)成排的爐管，采用專門的燃燒器向爐管供熱。物料離開裂解爐的溫度為850 - 900。2022/7/29第頁(yè)第4頁(yè)，共24頁(yè)。 原料經(jīng)加熱后進(jìn)入裂解爐，產(chǎn)生的高溫裂解氣先入急冷鍋爐快速降溫（產(chǎn)生的高壓水蒸氣可帶動(dòng)壓

4、縮機(jī)），然后再用冷油和水降溫，冷卻后的氣體進(jìn)分離工序。以柴油原料獲得的裂解氣組成十分復(fù)雜，主要是乙烯，丙烯（合計(jì)占45），其余為氫和甲烷（約10），乙烷和丙烷（約10），碳四餾分（約10）以及碳五和以上餾分（約20）。少量有害雜質(zhì)為水、硫化氫、二氧化碳、乙炔等。通常采用加壓低溫精餾的方法分離乙烯及各種有用產(chǎn)物，具體工藝流程的安排與裂解氣組成及產(chǎn)品純度要求有關(guān)。 2022/7/29第頁(yè)第5頁(yè)，共24頁(yè)。乙烯精溜塔前期部分工藝流程1、干燥器 2、冷箱 3、脫甲烷塔 4、脫乙烷塔 5、加氫脫炔反應(yīng)器 6、綠油塔 7、乙烯塔2022/7/29第頁(yè)第6頁(yè)，共24頁(yè)。 乙烯精餾塔進(jìn)料中乙烯和乙烷占有99.

5、5%以上，其余為甲烷。就相對(duì)揮發(fā)度來(lái)說(shuō)，甲烷最低，乙烯次之，乙烷最高。對(duì)于三種組分的分離，乙烯精餾塔采用深冷分離流程，用帶有中間再沸器和側(cè)線出產(chǎn)品的乙烯塔，其工藝流程如圖，基本工藝分析如下：2022/7/29第頁(yè)第7頁(yè)，共24頁(yè)。1、由綠油塔來(lái)的C2組分從第98塊塔板以氣液兩相混合進(jìn)料，由于精餾塔提供了分離空間，實(shí)現(xiàn)了氣液兩相分離，氣相（乙烯及少量甲烷）上升，液相乙烷下降。2、液相在向下流動(dòng)過(guò)程中，在每塊塔板上與自提餾段的上升蒸氣接觸，致使其中的輕組分（乙烯及少量甲烷）汽化上升，重組分繼續(xù)以液相下降。越向下，重組分的純度越高。3、被汽化上升的輕組分中含有部分氣相甲烷，在經(jīng)過(guò)精餾段的每塊塔板時(shí)與

6、向下流動(dòng)的乙烯回流液接觸，致使這一部分甲烷變?yōu)橐合嘞陆?。越向上，輕組分的純度越高。2022/7/29第頁(yè)第8頁(yè)，共24頁(yè)。4、上升至塔頂?shù)妮p組分中為氣相的乙烯及少量甲烷，它們經(jīng)塔頂冷凝器乙烯冷凝為液相，在分離器中實(shí)現(xiàn)氣液分離，甲烷以氣相采出，乙烯作為回流液從第一塊塔板處流入精餾塔，流至第八塊塔板時(shí)側(cè)線采出，進(jìn)入乙烯分離器分離后，以液相產(chǎn)品乙烯采出，分離器上部的氣相再次進(jìn)入精餾塔冷凝分離。5、塔釜得到產(chǎn)品乙烷，一部分作為液相產(chǎn)品采出，另一部分由塔釜再沸器加熱汽化后作為上升蒸氣，用以提供精餾所需能量。2022/7/29第頁(yè)第9頁(yè)，共24頁(yè)。6、為了提高乙烯產(chǎn)品的純度，在乙烯精餾塔的精餾段工藝上采用

7、了較大的回流比，這一做法對(duì)于精餾段是有好處的，但對(duì)于提餾段并非必要，故乙烯塔中大多采用中間再沸器回收冷量，以提高上升蒸氣量，從而達(dá)到提高負(fù)荷的目的。 一般地，進(jìn)料中乙烯及乙烷占有99.5%以上，乙烯精餾塔理論上仍為二元體系。該乙烯乙烷二元系統(tǒng)的自由度為2，因此，在實(shí)際工藝中壓力和溫度是相互聯(lián)系的。控制其中一個(gè)變量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量指標(biāo)的控制，這是設(shè)計(jì)和實(shí)施控制方案的基本依據(jù)之一。 2022/7/29第頁(yè)第10頁(yè)，共24頁(yè)。3.2 典型控制方案分析 乙烯精餾塔管道及儀表流程圖如圖 ，其主要控制方案包括中間再沸器液位與側(cè)線加熱流體流量的選擇性控制系統(tǒng)、乙烯回流罐液位與乙烯回流流量串級(jí)控制系統(tǒng)、乙烯回

8、流與乙烯產(chǎn)品采出量的比值控制系統(tǒng)、塔頂冷凝器乙烯排氣流量控制系統(tǒng)、塔壓控制系統(tǒng)以及相關(guān)變量的顯示、記錄、聯(lián)鎖和報(bào)警等。各控制回路既相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系，總體上保證了工藝的物料平衡和能量平衡，從對(duì)各回路變量的控制要求來(lái)看，主要是采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）控制，各主要變量均在計(jì)算機(jī)屏幕或DCS儀表上顯示記錄。 2022/7/29第頁(yè)第11頁(yè)，共24頁(yè)。2022/7/29第頁(yè)第12頁(yè)，共24頁(yè)。321中間再沸器液位選擇性控制系統(tǒng) 乙烯塔中采用中間再沸器E-EA-104產(chǎn)生上升蒸氣。從第105塊塔板側(cè)線流出的液相流體流入中間再沸器殼程，被管程中的裂解氣余熱加熱汽化后氣相流入乙烯精餾塔，從第108塊塔板

9、處進(jìn)入作為上升蒸氣，為精餾塔的物料分離提供了能量。本段工藝既要保證足夠的流量，以滿足上升蒸氣的要求，又要保證中間再沸器的液位不能太低，以保護(hù)設(shè)備。2022/7/29第頁(yè)第13頁(yè)，共24頁(yè)。 流量變送器FT-127測(cè)量從第105塊塔板側(cè)線流出的液相流體流量，并將信號(hào)送到控制器FIC-127，進(jìn)行運(yùn)算后用內(nèi)部數(shù)據(jù)線將結(jié)果送至選擇器FX-127。同時(shí)，液位變送器LT-111測(cè)量中間再沸器液位，并將信號(hào)送到控制器LICA-111，進(jìn)行運(yùn)算后用內(nèi)部數(shù)據(jù)線將結(jié)果送至選擇器FX-127，兩路信號(hào)選擇性輸出至轉(zhuǎn)換器FY-127A轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)，通過(guò)電磁閥FY127B操縱控制閥FV-127。正常情況下進(jìn)行流量控制

10、，以滿足上升蒸氣量的要求。當(dāng)再沸器中的液位偏低時(shí)，進(jìn)行液位控制，以保持中間再沸器正常工作。2022/7/29第頁(yè)第14頁(yè)，共24頁(yè)。 根據(jù)需要，對(duì)中間再沸器液位設(shè)置了就地指示（LI-111）和控制室屏幕顯示報(bào)警（LI-CA-H-L）。另外，再沸器殼程介質(zhì)裂解氣出口溫度需要在控制室進(jìn)行屏幕顯示。電磁閥FY-127B的聯(lián)鎖信號(hào)來(lái)自DCS的塔壓聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)PAS-136。2022/7/29第頁(yè)第15頁(yè)，共24頁(yè)。3.2.2塔頂回流罐液位與回流量串級(jí)控制系統(tǒng) 乙烯精餾塔的塔頂采出氣相乙烯和少量甲烷，它們被冷凝器冷凝后進(jìn)入回流器，實(shí)現(xiàn)了氣液分離。罐內(nèi)氣相排出為少量乙烯和甲烷。液相為乙烯，經(jīng)回流泵E-GA

11、-103A/B打入精餾塔的第一塊塔板作為回流液。 本方案中采用了乙烯回流罐液位與回流量的串級(jí)控制系統(tǒng)?；亓鞴抟何贿^(guò)高不利于分離，太低則會(huì)出現(xiàn)空罐的危險(xiǎn)。因此，液位是串級(jí)控制系統(tǒng)的主變量，回流量為副變量。由變送器LT-128測(cè)得的回流罐液位信號(hào)送至控制室控制器LIC-112運(yùn)算后，作為流量控制器FIC-128的外給定，實(shí)現(xiàn)了串級(jí)控制，F(xiàn)Y-128為電氣閥門定位器?；亓髁吭O(shè)置了控制室屏幕顯示，回流罐液位設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)顯示和控制室屏幕顯示。2022/7/29第頁(yè)第16頁(yè)，共24頁(yè)。3.2.3 乙烯回流與乙烯采出量比值控制系統(tǒng) 精餾塔操作的一個(gè)重要指標(biāo)是回流比，即回流量與乙烯采出量之比。為了滿足這一操作要

12、求，控制方案中采用了回流量與乙烯采出量的比值控制系統(tǒng)。從FIC-128引來(lái)的回流液流量信號(hào)經(jīng)運(yùn)算器FFY-128進(jìn)行比率運(yùn)算后作為流量比率控制器FFRC-125的外給定，此控制器的輸出經(jīng)電氣閥門定位器FY-125轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)后作為控制閥FV-125的輸入信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了回流量與采出量的比值控制?；亓鞅仍O(shè)置了控制室屏幕顯示和實(shí)時(shí)記錄。2022/7/29第頁(yè)第17頁(yè)，共24頁(yè)。3.2.4 塔頂冷凝器乙烯排氣流量控制系統(tǒng) 乙烯回流罐中的氣相為甲烷和部分乙烯，這些介質(zhì)被連續(xù)排出，作為脫甲烷塔的輔助進(jìn)料。為了保證回流罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定，對(duì)這些介質(zhì)的排出采取了定值控制措施，該控制系統(tǒng)由流量變送器FT-129、

13、控制器FIC-129、電氣閥門定位器FY-129及控制閥FV-129構(gòu)成，乙烯排氣量設(shè)置了控制室屏幕顯示。2022/7/29第頁(yè)第18頁(yè)，共24頁(yè)。3.2.5 塔壓控制系統(tǒng) 精餾塔是一個(gè)二元系，在溫度和壓力中只要有一個(gè)穩(wěn)定即可，本方案中采用了以塔壓為被控變量，回流罐的排氣量為操縱變量的壓力控制系統(tǒng)。另外，塔壓經(jīng)變送器PT-121、控制器PRC-121后作為高液位超馳控制系統(tǒng)信號(hào)，也是控制塔壓的輔助手段。塔壓設(shè)置了控制室屏幕顯示和記錄。2022/7/29第頁(yè)第19頁(yè)，共24頁(yè)。 在圖3-3中，還設(shè)置了相關(guān)的控制室顯示記錄，包括中間再沸器用裂解氣出口溫度顯示TI-125、塔頂采出溫度顯示TI-126、塔釜溫度顯示TI-127、塔頂與塔釜壓力差顯示PDI-120、塔釜采出循環(huán)乙烷溫度顯示TI-129、循環(huán)乙烷流量顯示FR-130、乙烯產(chǎn)品采出溫度顯示TI-130-1、回流液溫度顯示TI-132、乙烯排氣溫度顯示TI-134、乙烯采出成分測(cè)量AT-107和記錄ARC-107等。 相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)顯示要求有塔釜壓力顯示PI-10