专利名称：一种提高丙烯腈生产稳定性的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种丙烯腈生产的控制系统和方法，特别涉及一种丙烯腈生产回收塔温度的控制系统和方法。
背景技术：
国内丙烯腈生产装置大都采用丙烯氨氧化合成丙烯腈工艺，其优点是工艺流程短，投资少、成本低，原料来源充实价格便宜，丙烯的转化率和丙烯腈的收率高，过程的副产物可回收利用，减少了工业污染。丙烯氨氧化合成丙烯腈的工艺在催化剂、反应器、工艺流程，节能、三废处理等方面都已很成熟且经济。
丙烯腈装置中的回收塔(亦称萃取精馏塔)，是丙烯氨氧化制丙烯腈工艺提高产品收率和控制产品质量的重要设备，对它操作的平稳与否直接影响整个回收塔的产品质量和产量。目前国内几乎所有的丙烯腈装置都采用集散控制系统(Distributed ControlSystem, DCS)的基本控制功能对生产过程进行监控，这些基础监控系统保障了丙烯腈回收塔的安全运行。但在实际的生产过程中，其工艺原理相对来说比较复杂，可供观察和控制的参数较少，对工艺分析十分重要但又不可测量的中间关键参数较多。回收塔在常规情况下，对产品质量的控制是通过灵敏板温度与进入再沸器的低压蒸汽流量所形成的串级闭合回路来实现的，回收塔进料量即原料液流量是通过单回路调节系统进行简单控制。当回收塔进料状况发生变化时，引起回收塔内液体汽化量、降液量、釜液位、釜压变化，导致灵敏板温度变化。但是，灵敏板温度与进入再沸器的低压蒸汽流量串级控制系统对于克服富水进料流量的变化比较滞后，且富水进料流量又是影响回收塔温度变化的主要干扰因素，从而影响回收塔分离效率及操作稳定性，使丙烯腈产品的生产稳定性不是很佳。回收塔的主要任务是分离丙烯腈和乙腈，控制灵敏点温度是保证丙烯腈和乙腈分离的重要手段。丙烯腈沸点(77°C )和乙腈沸点(81°C )相差仅4°C，相对挥发度很小，用一般的精馏方法很难分离，但加入水溶剂可使两者相对挥发度有很大变化而易于分离。虽然吸收液中含有大量水，但是在进料板上水分含量却很低，因此需要在塔顶加入水进行萃取精馏。从吸收塔过来的吸收液在萃取精馏塔中通过萃取精馏将进料中的乙腈除去。为保证回收塔塔顶出料中乙腈含量达到指标控制要求，回收塔塔顶出料乙腈能否合格取决于灵敏点温度的控制是否稳定。灵敏点温度主要受原料液进料量、塔釜加热量和进料温度等因素的影响。原料进料量减小、原料液温度高或回收塔塔釜加热量大，塔内液体汽化量增大，降液量减少，釜液位下降，釜压上升，灵敏点温度升高。这时，上升汽相中的乙腈含量增力口，造成塔顶出料乙腈含量不合格。另外，保持塔的物料平衡和热量平衡，是保持塔的平稳操作，确保产品质量的关键。在操作控制中，要保持油层出料与进料中的丙烯腈含量相适应。若油层出料量大于进料丙烯腈量，则乙腈由塔顶馏出，使塔顶出料的乙腈含量不合格。当进料吸收液浓度增大时，则应增大萃取水量，以免萃取水量不足时，塔顶丙烯腈油层乙腈含量超高。随着吸收液的浓度和来量增大，再沸器加入的蒸汽量、冷凝器的冷却水量也要随之提高。上述现有丙烯腈生产技术中所使用的回收塔的操作及控制系统如图I所示。现有控制系统对回收塔进料量的变化或再沸器结垢或吸收塔操作条件变化等情况，不能及时感知，反应滞后，使得灵敏板温度波动较大，严重影响了回收塔的稳定运行，这也成为回收塔稳定控制、稳定性生产的难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是减少丙烯腈装置灵敏板温度测量的滞后性，基于现有的DCS系统，开发了将回收塔进料量作为前馈的前馈串级控制系统及其控制方法，稳定控制回收塔内环境和灵敏板温度，克服了回收塔进料量变化引起的外部扰动。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种提高丙烯腈生产稳定性的控制系统，包括一回收塔灵敏板温度控制器、一个回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔进料流量控制回路，上述再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路输出端连接回收塔输入 端，上述灵敏板温度控制器与再沸器流量控制回路为串级闭合回路，上述灵敏板温度控制器经过对温度设定值与回收塔的温度测量值进行PID运算后输出到再沸器流量控制器，上述组件和回路由自动阀控制，上述各自动阀连接到丙烯腈装置的中央控制室DCS控制系统，上述回收塔流量控制器回路设有测量回收塔进料量的回收塔流量控制器，上述灵敏板温度控制器输出端与再沸器流量控制器输入端中串联计算模块，上述回收塔流量控制器测量值与灵敏板温度控制器输出值一并输出到计算模块作为输入端，形成前馈串级控制系统。所述再沸器流量控制回路由再沸器流量控制器、调节阀和流量对象连接而成，力口热介质流量值作为反馈输入连接到再沸器控制器输入端。所述计算模块根据灵敏板温度控制器的输出值与回收塔流量控制器的测量值进行运算，运算所得输出量经工程单位转换后，得到流量设定值输出到再沸器流量控制器。所述串级控制系统基于DCS系统现有模块开发。一种提高产品丙烯腈生产稳定性的实现方法，基于权利要求I所述的系统进行控制，该方法包括以下步骤(I)当回收塔进料控制回路的进料量发生变化时，回收塔流量控制器测量出回收塔即时进料量；(2)上述回收塔流量控制器的测量输出值与回收塔灵敏板温度控制器输出值一并输入到计算模块；(3)上述计算模块计算出再沸器加热量值，输出至再沸器流量控制器；(4)再沸器流量控制器根据再沸器加热量值，在回收塔进料量还未引起灵敏板温度变化前，提前调整再沸器加热量；(5)重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加热量与回收塔进料控制回路的进料量匹配，稳定回收塔温度。与现有技术相比，本技术方案的灵敏板温度前馈串级控制系统提高了回收塔操作稳定性，该回收塔在传统回收塔灵敏板温度与进再沸器低压蒸汽流量串级控制的基础上，引入原料液进料量的流量构成前馈，形成前馈串级控制系统，减少了回收塔进料量变化造成的回收塔灵敏板温度的不稳定波动，提高了回收塔灵敏板温度的稳定性，提高了丙烯腈产品纯度及操作稳定性。
图I是回收塔串级回路控制系统组态图；图2是回收塔前馈串级回路控制系统组态
1、回收塔；2、再沸器；3、回收塔进料控制回路；4、再沸器控制回路；5、灵敏板温度控制器；6、再沸器流量控制器；7、回收塔流量控制器；8、计算模块。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。下面以国内主流的13万吨丙烯腈装置为例，丙烯腈装置由中央控制室DCS控制系统控制。如图2所示，回收塔进料控制器7为FC3012，灵敏板温度控制器5为TC3021，再沸器流量控制器6为FC3011，计算模块8为TY3021，蒸汽调节阀为FV3011，上述各控制器、自动调节阀连接到丙烯腈装置的中央控制室DCS控制系统。回收塔进料量控制回路3连接回收塔I和吸收塔，吸收塔的釜液作为原料液通过回收塔进料量控制回路3进入回收塔。进入回收塔的原料液由回收塔进料控制回路3控制，回收塔进料控制回路3上设有回收塔流量控制器7，以及调节流量的阀门。回收塔流量控制器7监测回路中进入回收塔原料液的流量，并将采集的流量值输出至计算模块。再沸器控制回路4上依次设有再沸器流量控制器6、计算模块8以及灵敏板温度控制器5，灵敏板温度控制器5设定一个温度值，并对回收塔I采集一个温度值。未进行前馈串联控制系统改造前，灵敏板温度控制器5与再沸器流量控制器6直接串级控制，灵敏板温度控制器5采集回收塔I的温度，然后与设定温度进行比较运算，计算出需要的蒸汽量，再将计算值输出至再沸器流量控制器6，再沸器流量控制器6再输出调整信号调整蒸汽调节阀，进而调整蒸汽流量，维持或恢复回收塔内稳定生产丙烯腈的条件。由于灵敏板温度控制器5只能在回收塔温度发生变化后才能做出调整控制，使得控制迟滞，极大的影响丙烯腈生产的稳定性。前馈串级控制系统是将上述回收塔进料量作为前馈与灵敏板温度控制器输出值一并输入到计算模块，计算模块对上述两路输入值进行运算后输出到再沸器流量调节器调节蒸汽流量。上述灵敏板温度控制器5的输出值与回收塔流量控制器7未经过PID运算的测量值一并输入到计算模块8，上述计算模块8对两路输入值进行运算，计算出再沸器控制回路4输入回收塔I的蒸汽量值，然后将上述计算值输出到再沸器流量控制器6，再沸器流量控制器控制蒸汽调节阀调节蒸汽流量。一种提高产品丙烯腈稳定性的实现方法，基于权利要求I所述系统进行控制，该方法包括以下步骤(I)当回收塔进料控制回路的进料量发生变化时，回收塔流量控制器测量出回收塔即时进料量；回收塔流量控制器可以测量回收塔进料量的流量值；
( 2 )上述回收塔进料流量控制器输出的测量值与回收塔灵敏板温度控制器输出值一并输入到计算模块；灵敏板温度控制器能测量回收塔的温度值，并对测量的温度值与预先设定的温度值进行逻辑比较；(3)上述计算模块计算出再沸器加热量值，输出到再沸器流量控制器；(4)再沸器流量控制器根据再沸器加热量值，在回收塔进料量还未引起灵敏板温度变化时，提前调整再沸器加热量；(5)重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加热量与回收塔进料控制回路的进料量匹配，稳定回收塔温度。原料液进料流量的前馈控制克服了传统蒸汽加热量与灵敏板温度的串级控制回路的温度测量滞后性，减少了回收塔操作不稳定因素。采用本技术方案的前馈控制系统，当再沸器传热量降低或原料进料流量变化等因素变化时，可以在灵敏板温度变化前，提前调整再沸器蒸汽加热量与原料液进料流量，克服了灵敏板温度变化时间长、萃取精馏塔不易稳定、控制品质差等缺点，保持灵敏板温度的波动维持在±0. 5°C，使得丙烯腈与乙腈的完全分离，维持了回收塔的操作稳定性，提高丙烯腈的产品质量和产量，并为后续的单元操作减轻负担。 本发明不限于使用在生产丙烯腈的回收塔装置上，也适用于使用同类灵敏板温度控制器实现精确控制的回收塔或萃取精馏塔装置上。
权利要求
1.一种提高丙烯腈生产稳定性的控制系统，包括一回收塔灵敏板温度控制器、一个回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔进料流量控制回路，上述再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路输出端连接回收塔，上述灵敏板温度控制器与再沸器流量控制回路为串级闭合回路，上述灵敏板温度控制器的温度设定值与对回收塔的温度测量值进行PID运算后输出至再沸器流量控制器，上述组件和回路由自动阀控制，上述各自动阀均连接丙烯腈装置的中央控制室DCS控制系统，其特征在于上述回收塔流量控制器回路设有测量回收塔进料量的回收塔流量控制器，上述灵敏板温度控制器输出端与再沸器流量控制器输入端中串联计算模块，上述回收塔流量控制器测量值与灵敏板温度控制器输出值一并输出到计算模块作为输入端；计算模块输出端连接到再沸器流量控制器，形成前馈串级控制系统。
2.根据权利要求I所述的控制系统，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、调节阀和流量对象连接而成，加热介质流量值由流量计测量得到，作为反馈输入连接至再沸器控制器输入端。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于所述计算模块根据灵敏板温度控制器的输出值与回收塔流量控制器的测量值进行运算，运算所得输出量经工程单位转换后，得到再沸器流量控制器的流量设定值。
4.根据权利要求I至3中任一所述的控制系统，其特征在于所述串级控制系统基于DCS系统现有模块开发。
5.一种提高产品丙烯腈生产稳定性的实现方法，基于权利要求I所述的系统进行控制，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)当回收塔进料控制回路的进料量发生变化时，回收塔流量控制器测量出回收塔即时进料量； (2)上述回收塔流量控制器输出的测量值与回收塔灵敏板温度调节器输出值一并输入到计算模块； (3)上述计算模块计算出再沸器加热量值，输出至再沸器流量控制器； (4)再沸器流量控制器根据再沸器加热量值，在回收塔进料量还未引起灵敏板温度变化时，提前调整再沸器加热量； (5)重复步骤(I)、(2)、(3)、(4)，使再沸器加热量与回收塔进料控制回路的进料量匹配，稳定回收塔温度。
全文摘要
一种提高丙烯腈生产稳定性的控制系统，包括一回收塔灵敏板温度控制器、一个回收塔、再沸器流量控制回路、回收塔进料流量控制回路，再沸器流量控制回路、回收塔流量控制回路输出端连接回收塔输入端，灵敏板温度控制器与再沸器流量控制回路为串级闭合回路，灵敏板温度控制器的温度设定值与对回收塔的温度测量值输出至再沸器流量控制器，组件和回路由自动阀控制，回收塔流量控制器回路设有流量控制器，灵敏板温度控制器与再沸器流量串级闭合回路中设有计算模块，回收塔进料量作为前馈与灵敏板温度控制器输出值一并输入到计算模块，形成前馈串级控制系统，其控制方法为提高产品丙烯腈稳定性的实现方法，上述系统和方法提高丙烯腈生产的稳定性。
文档编号G05B19/418GK102796028SQ20121029303
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者高丽梅, 王学珍, 邓芳, 吕英杰, 王湛, 刘生宝, 杨思青, 李培勤, 王万兵, 魏光辉, 方玉娇, 王红霞, 刘胜群, 曹明华 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化宁波工程有限公司, 中石化宁波技术研究院有限公司