120万吨/年污水汽提装置过程检测及过程控制系统的设计

宋东日

摘要：近年来伴随着炼油企业生产规模的不断扩大，污水汽提装置作为炼油企业含硫氨污水的处理装置，也不断的在进行新建或改扩建，装置的处理能力也在不断提高，该装置作为含硫含氨污水处理的环保装置，是炼油企业安全环保生产中极为重要的一环，而汽提单元又是污水汽提装置的核心部分，汽提单元生产正常与否，将直接关系到净化水是否能够达标排放。从安全环保的角度，污水汽提装置对现场仪表及控制系统的安全性、可靠性的要求均比较高，结合生产实际，探讨自动控制在污水汽提装置核心单元—汽提单元中的应用就显得十分必要。

中图分类号：TE624文献标识码： A 文章编号：

本文以乌石化公司炼油厂120万吨/年污水处理装置为例，着重讨论污水汽提装置核心单元-汽提单元检测及控制回路的设计原则及全装置控制系统的设计与选用，根据污水气体装置汽提单元对自动控制的要求，通过选用技术先进、成熟可靠的现场仪表和DCS系统，来构成污水汽提装置的自动控制系统，确保污水汽提装置能够高、稳、满、优运行。

关键词：污水汽提；过程检测及过程控制；DCS系统

1.污水汽提装置工艺原理及流程简介

污水汽提装置采用汽提法，借助水蒸汽来实现污染物的分离，即通过让废水（自塔上部经塔盘落下）与水蒸汽（自塔底部经塔盘上行）经过各层塔盘后充分接触，使废水中的挥发性有毒有害物质按一定比例扩散到气相中去，在一定的压力和温度梯度下各组分在塔内形成一定的浓度梯度，可在塔的不同位置汽提出不同的组分，从而达到从废水中分离污染物的目的。

污水汽提装置主要用于处理炼油企业焦化、加氢、芳烃等装置排出的含硫、含氨污水，通过汽提法降低污水中的硫化物和氨氮含量，保证污水达标排放；同时从废水中回收硫化氢、氨气和净化水。

2.汽提单元流程简介及对自动控制的要求

含硫氨污水脱气、脱油后，分两路进汽提塔，一路作为冷进料，经冷却器冷至≤40℃进入汽提塔塔顶；一路作为热进料，分别与汽提塔底净化水及侧线气换热至145℃进入汽提塔上部，汽提塔底由重沸器通过加热循环水，为汽提塔提供汽提蒸汽。

通过控制汽提塔塔内的温度和压力，使污水中的NH3和H2S分别在塔的顶部和中部被汽提出，塔顶含大量H2S的酸性气送至火炬焚烧或去硫磺回收装置制硫；氨气从塔中部抽出后经过三段冷凝分离变成粗氨气去氨精制系统可制得工业液氮，回送至化肥厂利用；塔底即得到合格的净化水经冷却后送出装置，作为其他装置生产车间的回用水。

3.主要控制及操作参数表

主要控制参数见(表3-1)。

表3-1主要控制参数

4.主要检测及控制回路

4.1塔顶温度与冷进料均匀穿级调节

冷进料主要是洗涤H2S中NH3和冷却的作用，我们知道NH3在温度T≤40℃、压力P≥0.5MPa的工况下，可以相对稳定的溶解在水中而不会大量溢出，而H2S难溶于水，为气相状态游离于塔顶，这样就可以保证把高纯度的H2S经塔顶精馏段分离出，达到脱硫的目的，因此塔顶冷进料温度和流量需做均匀串级调节，通过控制冷进料量达到控制塔顶温度的目的，既保证装置队冷进料的处理能力又确保仅酸性气H2S被汽提出塔，NH3处于汽相吸收状态。

4.2塔顶压力与侧线氨气抽出量单回路调节。

如1中分析，如果侧线气（汽相氨气）被抽出过多过快，会造成塔内压力降低（P<0.5MPa），而导致NH3大量溢出，致使塔顶H2S纯度不合格,因此必须对塔侧线抽出量进行调节，以达到稳定塔压的目的。

4.3热进料温度的检测与控制

热进料温度控制范围：145℃≥T≥140℃，如果T≥145℃，塔内温度升高，塔顶NH3的量就会上升，保证不了精馏段H2S浓度≥95%的汽提工艺要求，T≤140℃，则导致温度差和浓度差在塔内的层次发生变化，氨气聚集区（富氨区发生变化），导致NH3抽不出，更多NH3溶于水导致净化水PH超标，造成生产事故。 因此热进料温度是重要的过程参数，但冷物料换热到145℃进塔，需要多级换热器换热，温度的控制主要通过作为热进料的冷物料流量控制回路（FRC-102）及换热器（E-103~E-105）三通调节回路(TRC-106）综合调节。

4.4塔底温度串级调节

（TRC-105）与塔底重沸器蒸汽流量(FRC-103)串级调节回路，塔底重沸器（E-102）通过蒸汽换热来加热塔底净化水，使净化水保持在20%左右的汽化量返回塔底，以确保汽提过程能够顺利进行，因此必须通过调节进重沸器E-102的蒸汽流量来调节净化水的汽化量，从而确保塔底温度在160℃~165℃，如果温度过超过设计温度，则说明汽化量过大，造成气体流速增大，没有在各层塔盘与污水进行充分接触就迅速冲塔，造成NH3积聚在塔顶，H2S纯度不够，生产不合格。相反，汽化量过小，造成塔内汽提不充分，污水没有汽提出H2S和NH3，塔底的净化水PH值过高，显碱性，装置生产不合格。

4.5其他控制回路

4.5.1出塔酸性气遥控回路(HC-101)

有稳定塔压作用，正常情况下控制阀HSV-101全开，酸性气外排至硫磺回收装置。

4.5.2塔底液位控制回路（LIC-101）

净化水外排流量控制，保证塔底液位稳定。

4.5.3氨气流量检测回路（FRQ-104）、净化水水质检测回路(ARA-105)

5. DCS控制系统选型

DCS(Distributed Control System)，又称为集中分散型控制系统，简称分散控制系统，其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的，即所谓分散控制集中管理。DCS系统是集计算机技术(Computer)、控制技术(Control)、通信技术(Communication)和CRT显示技术为一体的高新技术产品，是针对生产过程实施监视、操作、管理和分散控制的4C技术的结合，系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。 在石油化工、电力、冶金等流程自动化领域的应用已经十分成熟和普及。

根据本装置对自动控制的总体要求，装置控制系统选用日本横河电机公司CENTUM CS3000集散控制系统（DCS）。

5.1 DCS系统框图

5.2 DCS系统硬件组成

本装置CS3000 DCS系统其硬件主要包括：控制器、IO卡件、通讯模块、通讯网络、人机接口等。

5.2.1现场控制站

现场控制站是DCS的核心，包括控制器和I/O卡件，DCS由它实现对现场过程信号进行输入/输出、数据采集、反馈控制、顺序控制等。

5.2.2人机接口

包括操作员站和工程师站。操作员站实现对工艺过程运行的监视和操作，通过通讯网络与现场控制站连接；工程师站实现对控制功能的组态，直接与现场控制站连接。

5.2.3通讯网络

用于连接各个站进行相互通讯、交换数据。

5.3 DCS系统软、硬件配置

DCS系统软、硬件清单见表（5-1）：

6.总结

污水汽提装置的过程控制目前已经相对成熟，本自动控制系统在设计角度已经符合污水汽提单元的控制要求，装置一次性开车投产成功，但是现场检测仪表以及调节阀等现场执行器的选用、优化、准确的参数整定都会影响到全装置的控制品质。

参考文献

[1]《化工过程控制原理》黄聪明主编，北京理工大学出版社

[2] 《过程控制及仪表》 邵裕森主编，上海交通大学出版社

[3] 《过程检测技术》 李新光主编，机械工业出版社

[4]《电子技术基础》康华光主编，高等教育出版社出版

[5]《横河CS3000硬件手册》 日本横河电机株式会社

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。