甲醇精馏加压塔控制方案设计及其仪表选型

柏杨进

(东华工程科技股份有限公司，合肥 230024)

随着我国环境法规制定的日益严格和人们环境意识的不断加强，我国对新建甲醇项目的装置、仪表及其控制系统的设计与建设都提出了更高的要求。某新建甲醇装置由于部分输送介质对环境影响较大，在项目的设计建设过程中对这些流体介质的输送选用了大量的无泄漏磁力驱动泵，文献[1]给出了磁力泵运行过程中出现的故障现象并对现场故障和所采取的对策进行逐一剖析。何明珍对某公司的甲醇联合压缩机主推力瓦温度过高而提不起负荷的原因进行了分析，并给出了应对措施[2]。缪啸华等则基于模糊神经网络，设计了甲醇合成塔转化率的软测量模型[3]。

在某煤化工项目生产中，利用焦炉气生产甲醇，其甲醇精馏工段采用国内先进的节能型三塔精馏加回收塔装置。笔者设计了该项目中甲醇精馏工段加压塔的控制方案，并给出相关仪表的选型及其安装中的注意事项。

1 工艺流程①

在甲醇精馏工艺流程中(图1)，包含有预塔、加压塔、常压塔及回收塔等大型设备。预塔用来除去粗甲醇中的溶解气(如CO2、CO及H2等)及低沸点组分(如二甲醚和甲酸甲酯)。加压塔和常压塔用于除去水和高沸点介质(如乙醇和高级醇)，同时获得高纯度的优质甲醇产品。另外，为减少废水排放，工艺中增设了甲醇回收塔，用来进一步回收甲醇，减少废水中的甲醇含量。

图1 甲醇精馏工艺流程简图

2 控制方案

在整个甲醇精馏单元中，加压塔和常压塔是用来去除水及乙醇等高沸点组分不生产精甲醇的，其中常压塔塔底介质通过加压塔塔顶甲醇蒸气来加热，加压塔是常压塔的动力来源[4]。因此加压塔的稳定控制是整个精馏装置稳定运行的关键。笔者针对加压塔的控制设计了如图2所示的控制方案[5]，加压塔压力与冷凝器液位控制采用单回路控制方案，加压塔塔釜温度控制采用温度与蒸气流量的串级控制方案，加压塔塔釜液位控制采用液位与采出流量的串级均匀控制方案。串级均匀控制的目的是保证加压塔塔釜采出量(即

进常压塔进料)稳定，塔釜液位在允许范围内缓慢变化。

图2 加压塔的控制方案

3 仪表选型

在整个甲醇精馏单元的仪表设计中，涉及温度、压力、流量、液位及控制阀等仪表的选型。

3.1 温度仪表

温度测量元件采用外套管保护，外套管的材质不低于管道或设备材质，管道上的温度计插入深度2～5″(1寸=33.3mm)。设备上的插入深度一般在300～350mm，但需考虑特殊情况，如设备内是否有阻挡件等。塔盘间的套管插入深度需考虑塔内件与套管的冲突。

3.2 压力仪表

在甲醇精馏单元中，对于NaOH易结晶介质，需选用隔膜压力表。压力微正压时，需采用膜片压力表。泵出口压力选择耐振型压力表。常压塔和回收塔塔釜远传压力测量，考虑介质易冻，宜采用远传压力变送器。

3.3 流量仪表

甲醇精馏工段中所需的流量仪表包括：

a. 节流装置。利用节流装置计算软件对不同的节流装置类型、取压方式和工艺条件，进行开孔直径、β比及前/后直管段等计算，也可通过开孔直径和工艺条件返算差压值。一般孔板节流孔径要满足d≥12.5mm、0.2≤β≤0.75。在实际选型中，考虑压差和压损，一般取0.5≤β≤0.7。标准孔板法兰取压时，为保证法兰厚度，方便开孔，法兰的公称压力等级不低于5.0MPa。

b. 德尔塔巴。德尔塔巴对直管段要求小，因此被用于大口径流量的测量；同时其压损较小，节能降耗，在测量蒸气介质时使用较多。

c. 远传转子流量计。小口径且不参与控制的流量测量采用远传转子流量计。选型时，需通过样本中的公式将介质转换成标况下空气或水的流量，再选用合适口径的流量计。

3.4 液位仪表

常规塔设备的液位测量一般选用差压式液位计。对液位小于1 500mm的设备选用浮筒液位计。碱液槽中为30% NaOH介质，易结晶，因此选用双法兰液位变送器。地下槽的液位测量，考虑到地下可能积水，仪表不易维护且易损坏，因此采用顶装式液位仪表超声波物位计。

3.5 控制阀

阀开度的计算主要与可调比、选择的额定Cv值、计算Cv值和流量特性有关。阀门材质的选择原则是，阀体材质不低于管道材质，阀内件材质则根据介质和工艺条件选择合适的不锈钢。在出现闪蒸及汽化等工况时，阀芯和阀座的材质需要考虑硬化处理或其他特殊处理。

4 仪表安装注意事项

安装压力仪表时，对蒸气和温度大于60℃的介质，需采用冷凝管；测量脉动压力时，选用缓冲罐。测量液体或蒸气压力时，变送器尽量低于取压点安装，使测量管路内不易聚集气体。测量气体压力时，变送器高于取压点安装，以利于管道内冷凝液回流至工艺管道。在测量常压塔和回收塔塔顶的压力时，考虑到塔顶微正压，因此采用变送器短安装的形式。德尔塔巴差压变送器采用一体式和分体式安装，介质温度较高时，采用分体式，防止烫坏变送器；其他介质时采用一体式安装。差压变送器高于或低于取压点的安装方案与压力变送器的安装方案一致。其他需要注意的是，仪表到汇线桥架的电缆为铠装电缆，采用断开式连接；保温箱的安装位置要尽量靠墙或柱安装，避开通道。

5 结束语

针对某焦炉气制甲醇项目中的甲醇精馏工段，设计其加压塔的控制方案，并结合规范对该工段中的温度、压力、流量、液位及控制阀等仪表选型和安装进行说明。该项目投运后，甲醇精馏工段的控制系统及其所属仪表仪表，皆运行良好。

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