精馏塔压力自动控制方案的选择及优化

吕志龙

(巴陵石化 合成橡胶事业部, 湖南 岳阳 414000)

精馏塔压力自动控制方案的选择及优化

吕志龙

(巴陵石化 合成橡胶事业部, 湖南 岳阳 414000)

介绍了精馏塔自动控制压力的各种方案, 分析了它们的优点和缺点. 结合SEBS装置的溶剂精馏塔所面对的问题, 采用了合理的控制方案, 很好的解决了问题, 使溶剂精制工艺平稳, 质量合格稳定.

精馏塔; 热旁路; 调节阀; 分程控制

精馏塔是化工装置中的常见设备, 是用来实现分离混合物的一种传质过程的设备, 通过精馏塔的精馏操作可得到不同规格的化工产品. 精馏过程是化工生产中的一个重要环节, 其自动控制比较复杂, 控制变量多、控制方案多. 本文就压力控制方案重点阐述, 精馏塔的压力是精馏操作的重要参数之一, 精馏塔的压力波动必将破坏塔内原有的气液平衡, 进而破坏塔内物料平衡, 影响精馏塔的分离精度和经济性[1], 因此选择一个好的精馏塔压力控制方案至关重要.

SEBS装置的溶剂精制岗位先采取用调节冷剂量来控制塔压的方案, 但是精馏塔压力控制不稳定, 溶剂的产品质量波动较大.通过反复考证, 采用并不断优化热旁路控制塔压的方案, 很好地解决了精馏塔的压力不稳定的问题, 提高了溶剂质量的稳定性,为SEBS装置提供了合格的溶剂.

1 塔顶的压力控制方案

1.1 塔顶气体不冷凝

塔顶压力用塔顶线上调节阀调节, 如图1所示, 多用于气体吸收塔.

图1 塔顶压力调节(调节阀装在塔顶线上)

1.2 塔顶气体部分冷凝

压力调节阀装在回流罐出口不凝气线上, 如图2所示.

1.3 塔顶气体全部冷凝

(1) 用冷凝器的冷剂量来控制塔压, 如图3所示. 该方案的优点是所用的调节阀口径小, 节约投资, 且可节约冷却水; 缺点是冷凝速率与冷却水量之间为非线性关系. 在冷却流量波动较大时, 可设置塔压与冷却水量串级控制, 以克服冷却水量波动对塔压的影响[1].

图2 塔顶压力调节(调节阀装在回流罐出口不凝气线上)

图3 用冷剂流量控制塔压的方案

(2) 直接调节顶部气相流量来控制塔压, 如图4所示. 该方案的优点是压力调节快捷、灵敏, 可调范围也大; 缺点是所需调节阀口径较大.

(3) 采用热旁路的方法控制塔压, 如图5所示, 该方案反应较为灵敏.

图4 用塔顶气相流量控制塔压的方案

(4) 用冷凝器排液量与热旁路相结合的办法控制塔压, 如图6所示. 这时压力调节器的输出控制两只调节阀而构成分程控制, 这样就可以扩大调节阀的可调范围. 缺点是需采用两个调节阀, 增加了投资[1].

图6 冷凝器排出液与热旁路相结合

图7 浸没式冷凝器塔压控制方案

(5) 当冷凝器位于回流罐下方时, 可采用浸没式冷凝器塔压控制方案, 如图7所示. 这时调节阀安装在通回流罐的气相管路上. 这种控制方法, 一般希望进入冷凝器的冷剂量大, 保持过冷, 用改变压差的方法使传热面积发生变化, 以改变气相的冷凝量, 从而达到控制塔压的目的.

2 SEBS装置溶剂精制现状

2.1 工艺简介

SEBS装置溶剂精制塔压力控制采用调节冷剂量和不凝气放空的控制方案. 当压力高于压力设定值时, 冷剂调节阀自动开大, 冷却过多的气相, 降低压力. 相反, 压力低于设定值时, 冷剂调节阀自动关小, 慢慢提高压力(图8).

图8 冷剂量和部分放空结合控制塔压方案

2.2 装置存在的问题及原因分析

从图9可以看出, 采取用冷剂量控制塔压的方案, 在设置控制压力定值0.06MPa时, 通过改变冷剂量来自动调节精馏塔的压力, 压力在以0.06MPa为中心线上下波动, 波动幅度较大.

该控制方案导致塔压不稳的原因是:

(1) 用冷剂量控制塔压的方案虽然有节约冷却水、所用调节阀口径较小、能够节约投资等优点, 但是由于冷凝速率与冷却水量之间为非线性关系, 在冷却水流量波动较大时,对塔压的影响也较大.

(2) 溶剂组分复杂, 不仅有绝大部分比例的溶剂, 还含有少量的在循环水作为冷剂的条件下不能被冷凝的不凝气体. 不凝气体由于得不到合理地排放, 就会不断地累积, 破坏汽液两相的平衡, 此时塔压不能完全体现该具体温度下的饱和蒸气压.

图9 改造前精馏塔压力控制情况

3 优化压力控制方案

3.1 改造方案

在冷凝器至回流罐的管线上加一个DN150的调节阀, 调节阀的自动控制与回流罐的液位直接连锁,这样在回流罐的采出和回流流量固定的情况下, 为保持液位稳定, 从冷凝器下来的液相溶剂量也很固定.在冷凝器里, 当冷凝了过多的液相时, 减少了换热面积, 减慢了冷凝速度, 压力就会慢慢上涨. 当冷凝器里只有少量的液相时, 增加了换热面积, 加快了冷凝速度, 压力就会慢慢下降. 资料证明, 自动调节循环水来控制塔压, 冷凝速率与冷却水量之间存在非线性关系, 调节塔压有不灵敏之嫌. 通过改变冷凝器的换热面积来控制塔压比较灵敏快速.

精馏塔热旁路压力控制主要用于塔顶气相全部冷凝或存在微量不凝气的工况[2]. 在冷凝器的顶部气相管上配DN32的管线至回流罐顶, 并在管线上增加调节阀, 调节阀与精馏塔的压力连锁, 并将回流罐的放空调节阀与回流罐的压力连锁. 当压力高于设定值时, 调节阀打开开度, 气相就会流向压力低的回流罐. 当回流罐聚集不凝气时, 会及时排出, 维持系统压力平衡(图10).

3.2 改造效果

从图11可以看出, 采取用冷凝液排出液、热旁路和不凝气放空相结合的控制塔压方案, 在设置控制压力定值0.06MPa时,压力在以0.06MPa为中心线上下波动, 波动幅度很小, 达到了预期的效果. 压力的平衡确保了精馏塔内的气液平衡和物料平衡, 保证了产品质量的稳定合格.

图10 冷凝液排出液、热旁路和不凝气放空控制塔压方案

图11 改造后精馏塔压力控制情况

4 结论

精馏塔的压力控制有很多种方案, 不同的方案有着自身的优缺点, 所以根据装置现状选择合适的控制方案至关重要. SEBS装置溶剂精制系统在前期失败的压力控制方案基础上, 根据现状选择了冷凝液排出液、热旁路和不凝气放空相结合的控制塔压方案, 取得了很好的效果.

[1] 娄爱娟, 吴志泉, 吴叙美. 精馏塔的自控流程[J]. 化工设计, 2002: 66～71

[2] 刘成军, 张艳霞, 张香玲. 精馏塔压力热旁路控制系统的设计[J]. 齐鲁石油化工, 2008, 36(4): 285～288

The Selection and Optimization of Automatic Control Scheme about Rectifying Column Pressure

LV Zhi-long
(Baling Petrochemical Synthetic Rubber Division, Yueyang 414000, China)

This paper introduces many automatic control schemes about rectifying column pressure, and analyzes their advantages and disadvantages. With the problem of the solvent rectifying column in SEBS, we adopted a reasonable control scheme. The problem is solved well, and the solvent refining process is stable and the quality is stable too.

rectifying column; hot vapor bypass; control valves; split control

TE962

A

1672-5298(2015)02-0081-04

2015-05-20

吕志龙(1981 − ), 男, 湖北黄冈人, 巴陵石化合成橡胶事业部工程师. 主要研究方向: 锂系聚合物生产管理