分子筛脱水装置脱水塔优化控制方法与流程

文档序号:14748289发布日期:2018-06-22 05:15阅读:964来源:国知局

本发明属于石油天然气行业分子筛脱水装置工艺自动控制技术领域,具体涉及分子筛塔初始化与切换控制方法。



背景技术:

分子筛是人工合成沸石,是强极性吸附剂,对极性、不饱和化合物和易极化分子(特别是水)有很大的亲和力,故可按照分子极性、不饱和度和空间结构不同对原料气进行分离。分子筛热稳定性、化学稳定性高,又有许多孔径均匀的微孔道与排列整齐的空腔,其比表面积大(800~1000m2/g),且只允许直径比其孔径小的分子进入微孔。分子筛对水的吸附有很好的选择性,从而实现了水与原料天然气的分离。

工艺过程简述如下:

从上游装置来的的原料气,经湿净化气聚结器除去夹带的水滴后进入分子筛脱水塔。原料气进行脱水吸附过程。脱除水后的净化气通过产品气粉尘过滤器输送至下游管线。

从产品气管线或原料气管线上引出一部分作为冷却气,冷却气自上而下通过刚完成再生过程的分子筛脱水塔,以冷却该塔。

冷却气出塔后进入再生气加热炉,加热至200至300℃后作为贫再生气,贫再生气自下而上通过刚完成吸附过程的分子筛脱水塔,以加热分子筛床层,使吸附的水脱附并进入再生气中。再生气出口温度达到240至280℃,并稳定20min视为完成再生过程。

由于天然气分子筛脱水工艺种类繁多,每个分子筛脱水塔需控制的阀门至少包括吸附阀组、再生阀组、冷却阀组,有的分子筛塔还包括低压再生压力控制阀组、装置内需在切换过程中控制的阀门包含再热炉启停控制或冷吹阀旁路控制等,由于需要控制的阀门数量多,造成初始化操作过程繁琐,程序运行时错误排查困难,故障后恢复步骤复杂。程序一经设定修改困难,工况一旦发生变化原程序难以适应多种工况的需求,需重新组态调试,耗费大量调试时间,给现场使用造成极大不变。



技术实现要素:

为了克服现有技术的缺点,本发明提供了一种分子筛脱水装置脱水塔优化控制方法,具有极强的适应性,可满足不同分子筛脱水工艺对分子筛塔初始化及切换的需求。

本发明所采用的技术方案是:一种分子筛脱水装置脱水塔优化控制方法,包括如下内容:

一、单塔优化控制:采用时序自动控制模式,切换时间人为设定,主程序切换按照:原冷却改吸附—>原吸附改再生—>原再生改冷却的步骤执行;切换时间包括首次切换时间T1、正常切换时间T2和阀组切换周期T3;

二、降塔操作优化控制:

4塔转3塔的控制,切换前确保4塔中有1座塔(如A塔)处于冷却状态、4塔中有2座塔(如B塔和C塔)处于吸附状态、4塔中有1座塔(如D塔)处于再生状态,在等待首次切换时间T1后按照原冷却塔(如A塔)转吸附、原吸附塔(如B塔)转再生、原再生塔(如D塔)转冷却的顺序进行切换,此时原2座吸附吸附塔中有1座塔(如C塔)退出切换程序转为检修检修状态,首次切换完成后,按正常切换时间T2等待,然后进行下一次3塔切换。

3塔转2塔的控制,切换前确保3塔中有1座塔(如A塔)处于冷却状态、3塔中有1座塔(如B塔)处于吸附状态,3塔中有1座塔(如C塔)处于再生状态,在等待首次切换时间T1后按照原冷却塔(如A塔)转吸附、原吸附塔(如B塔)转再生冷却的顺序进行切换,原再生塔(如C塔)退出切换程序转入检修状态。

与现有技术相比,本发明的积极效果是:

本发明的分子筛单塔控制方法能适应于各种类型的天然气分子筛脱水工艺装置,包括等压再生、降压再生工艺过程分子筛塔的切换,设有冷吹旁通管线的分子筛脱水装置工艺阀门的控制、需要对再生气热炉等热源进行启停控制的脱水工艺过程。本发明同时提出一种4塔转3塔、3塔转2塔运行的降塔操作优化控制方法,可大大提高分子筛脱水装置使用经济性与适应性,提高工艺运行效率。本发明在程序中加入分子筛塔运行状态识别,方便操作人员排除故障迅速恢复生产。具体表现如下:

1、采用统一的执行架构,仅仅需要选择切换,即可适应各种分子筛脱水装置的初始化与切换过程控制。大大提高了设计与运行效率,降低了开发与操作难度,提高了工程质量。

2、降塔操作优化控制算法,大大提高分子筛脱水装置使用的适应性、安全性与经济性,提高工艺运行效率。

3、在程序中加入分子筛塔状态识别算法,方便操作人员排除故障迅速恢复生产。

具体实施方式

一种分子筛脱水装置脱水塔优化控制方法,包括以下内容:

一、分子筛脱水塔单塔优化控制:采用时序自动控制模式。切换时间人为设定,不论采用何种分子筛脱水工艺,其主程序切换均按照下列步骤执行:原冷却改吸附—>原吸附改再生—>原再生改冷却,具体控制过程如下:

(1)原冷却改吸附:

当主程序发出吸附指令,Absorb:=1时,要求脱水塔由冷却模式转入吸附模式时,关闭冷却阀组,冷却阀组关闭后,开启吸附阀组,当冷却阀组阀位信号处于关闭位置与吸附阀组阀位信号处于打开位置,吸附切换过程结束,吸收切换过程结束的表示符为Absorb_Position:=1。此时主程序可进入下一步操作。

为适应具有冷却阀旁路控制要求的分子筛脱水工艺流程需要,本控制方法具有冷吹旁通阀控制选择功能。当CoolBypass:=1程序执行开启冷吹旁通阀指令。当冷吹旁通阀开启后,程序执行吸附指令。

(2)原吸附改再生:

当主程序发出再生指令,要求脱水塔由吸附模式转入再生模式时,关闭吸附阀组,吸附阀组关闭后,开启再生阀组,当吸附阀组阀位信号处于关闭位置与再生阀组阀位信号处于打开位置,再生切换过程结束,再生切换过程结束的表示符为Regenerate_Position:=1。此时主程序可进入下一步操作。

为适应具有低压再生控制要求的分子筛脱水工艺流程需要,本控制方法具有低压再生选择功能。当DropPressure:=1程序执行降压操作指令。当降压操作指令执行完成后,程序执行再生指令。再生完成后程序执行升压指令。

为适应具有加热炉等热源控制要求的分子筛脱水工艺流程需要,本控制方法具有热源控制选择功能。当HeaterCtrl:=1,程序发出加热炉开启指令,再生结束后关闭加热炉。该指令也可用于加热炉热旁通的控制。

为适应分子筛脱水工艺流程两塔工艺流程需要,本控制方案具有再生冷却同时完成模式。在该模式下,令Regenerate_to_Cool:=1,程序执行脱水塔再生切换,再生过程开始后T4时间(同塔再生冷却的再生时间),程序关闭该脱水塔再生阀组打开冷却阀组自动转入冷却的功能。

(3)原再生改冷却:

脱水塔由再生模式转入冷却模式时,关闭再生阀组,再生阀组关闭后,开启冷却阀组,当再生阀组阀位信号处于关闭位置与冷却阀组阀位信号处于打开位置,冷却切换过程结束,冷却切换过程结束的表示符为Cool_Position:=1。此时主程序可进入下一步操作。

为适应具有冷却阀旁路控制要求的分子筛脱水工艺流程需要,本控制方法具有冷吹旁通阀控制选择功能。当CoolBypass:=1程序执行关闭冷吹旁通阀指令。当程序执行冷却指令后,关闭冷吹旁通阀。

二、降塔操作优化控制:

程序首先判断各塔(以3塔为例)的运行状态,分子筛脱水塔首次运行或者脱水塔停车恢复后塔内已经吸附有一定的水,开车后首次切换时间与常规切换时间可能不同。为适应这种操作工况,本控制方法中设置有首次切换时间T1,该步骤“Time”执行赋值操作。当运行时间达到首次切换时间T1,分子筛塔开始切换动作执行下一步骤“Absorb”。程序首先发出Absorb吸附指令给Tower_A,当在阀组切换设定周期T3时间内程序收到单塔控制基础模块Tower_A发出的Abosrb_Position为1状态信号,则吸附切换过程完成。程序转入下一步“Regenerate”。如果在阀组切换设定周期T3时间内未完成吸附指令或此时程序由自动切换为手动,程序将退出至手动状态。当程序执行再生“Regenerate”步骤时,程序向Tower_B发出再生指令,当在T3时间内程序收到单塔控制模块Tower_B发出的Regenerate_Position为1状态信号,则再生切换过程完成。程序转入下一步“Cool”。如果在阀组切换设定周期T3时间内未完成再生指令或此时程序由自动切换为手动,程序将退出至手动状态。步骤“Cool”向Tower_C发出冷却指令,当在T3时间内程序收到单塔控制模块Tower_C发出的Cool_Position为1状态信号,冷却切换完成,如果在T3时间内未完成冷却指令或此时程序由自动切换为手动,程序将退出至手动状态。冷却切换过程完成后,程序转入下一步,程序等待T2时间(T2为正常切换时间)。该步骤“Time”执行赋值操作,可设定T2。

由于分子筛脱水工艺切换阀所处工作环境苛刻,阀门动作频繁,易磨损内漏,导致分子筛脱水工艺产品气不合格、再生冷却温度不合格,影响分子筛寿命等事故工况发生,需停车检修。而整个工艺装置停车检修往往会带来较大的经济损失。本控制方法提供了一种降塔操作优化控制方案,可根据现场实际需求在整个工艺装置不停车的情况下,采用减少在线运行的分子筛脱水塔数量的方式,对分子筛塔及阀门进行维护检修,剩余在线的分子筛脱水塔可按照预先设定的程序正常运行,减少装置停车带来的损失。

A、B、C、D4座分子筛脱水塔转3塔运行方案如下:

本分子筛控制方法按照排列组合预先设定好4种降塔工作方案。“ABD”方案,即“C塔”退出工作转入检修状态。“BCA”方案,即“D塔”退出工作转入检修状态。以此类推。首先退出原有“ABCD”4塔运行状态。从自动运行模式退出至手动运行模式。若自动运行条件Atuo.enable不成立,则程序退出自动运行状态,为降塔操作进行切换准备。操作人员根据现场实际需要选择需要离线操作的分子筛脱水塔编号,以“ABD”方案为例,“C塔”退出工作转入检修状态。操作人员确认系统投入自动并且选择“ABD”方案,程序将按照“ABD”方案运行:当“ABD”方案运行时,程序首先判断各塔的运行状态,为确保正确的切换顺序,切换前A塔应处于冷却状态、B塔与C塔应处于吸附状态、D塔应处于再生状态,阀门运行状态根据阀位信号确认,程序将自动判断各塔运行状态。当确认各塔运行状态无误后,程序在等待首次切换时间T1后按照A塔转吸附、B塔转再生、D塔转冷却的顺序进行切换,当切换完成后等待T2时间进行下一次切换,C塔退出自动运行模式转入检修模式。以上为4塔转3塔优化控制方案的原理及实施步骤。

3塔转2塔优化方案与4塔转3塔控制方案原理一致,首先退出原来自动运行状态,操作人员根据现场实际需要选择需要离线操作的分子筛塔编号,已“AB”方案为例,“C塔”退出工作转入检修状态,操作人员确认系统投入自动并且选择“AB”方案,程序首先判断各塔的运行状态,为确保正确的切换顺序,切换前A塔应处于冷却状态,B塔处于吸附状态,C塔处于再生状态,阀门运行状态根据阀位信号确认,程序自动判断各塔运行状态。然后程序自动将分子筛切换塔运行模式切换为两塔运行模式,即令A塔和B塔Regenerate_to_Cool:=1。当确认各塔运行状态无误后,程序在等待首次切换时间T1后按照A塔转吸附、B塔转再生冷却的顺序进行切换。当切换完成后等待T2时间进行下一次切换,C塔退出自动运行模式转入检修模式。

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