天然气制甲醇装置水碳比控制及联锁设计研究

秦川 屈振军(陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西延安727500)

天然气制甲醇装置水碳比控制及联锁设计研究

秦川 屈振军(陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西延安727500)

本文主要分析了以天然气为原料制作甲醇的生产装置中合理的控制水碳比。对水碳比控制的相关原理、控制方案进行分析，从而在实际的操作中可以起到参考的作用。

水碳比；控制；联锁

在甲醇装置中，转化炉是重要的部分，如果转化炉不能得到合理的控制，就会导致整个装置能耗量非常大。在转化炉运行的环节中，水碳比是非常重要的参数。如果在装置运行的环节中，水碳比过高，就会导致蒸汽大量的消耗，如果水碳比过低，会导致反应效率的下降，甚至会产生经济损失。所以，在操作中完善对水碳比的控制十分的重要。

1 水碳比控制工艺流程简述

天然气制甲醇的装置主要借助蒸汽转化的原理，原料天然气在注入蒸汽后，混合的气体在转化炉中预热，然后进入到催化转化炉，在里面进行转化反应。

2 水碳比控制和联锁

2.1 控制原理

在进行水碳比控制的环节中，主要分成两种模式，其一是超前模式，其二是滞后模式。超前模式指的是蒸汽流量的增加速度比天然气流量的增加速度快。滞后模式主要指的是蒸汽流量的减少的速度比天然气流量减少的速度慢。在这种控制方式下，在对水碳比进行控制中，蒸汽的总量可以达到要求，水碳比也在联锁值之上，防止装置在运行中发生跳车的情况，起到催化剂保护的效果。

为了实现对水碳比的精确的配置，蒸汽流量在参与转化反应的环节中要接受压力补偿，在精确的计算中，得到水分子的流量。天然气在参与到转化反应中，也要进行温度和压力分子量的补偿，通过计算得到碳分子的流量。将水分子流量和碳分子流量相除，得到水碳比。

2.2 控制方案

在对水碳比进行计算和控制的环节中，应该采用DCS系统，其可以提升水碳比控制的稳定性，并且在规定的事件内完成复杂的控制及参数的计算。在超前和滞后的两种模式下，在进行装置设计的环节中，水碳比的控制中，蒸汽应该比规定的量要稍微多一点，从而确保水碳比比装置允许的最小的水碳比要大，实现了对转化炉入口处的水碳比的控制。蒸汽在进入到转化炉后，还应该补加一部分蒸汽，在这个环节中，还会产生一些塔副产蒸汽，这时水碳比会出现不能控制的情况。因此，在对水碳比进行调节的环节中，水碳比的控制还应该控制好中压蒸汽流量。

如果水碳比的正常值出现增长后，应该分析正其总量增加的量，由于催化转化炉补加的蒸汽不会参与到计算中，所以，在计算的环节中，所有的转化反应应该减去补加蒸汽的量。当水碳比的设定值出现了降低的情况后，也要确保所需要的蒸汽不会比所需要的蒸汽总量的最小值小。在减去设定值，可以发现所需要的蒸汽总量的最小值在减小，此时应该通过计算模块进行计算，从而借助流量调节阀对补加的蒸汽流量进行调节。防止蒸气骤然减少，在水碳比控制的环节中，应该设计一个限速的调节器，从而可以降低蒸汽流量减少的频率。

如果水碳比的最小值在增加，那么蒸汽总量的最小值也会出现上升的趋势，如果这时蒸汽总量的最小值还是处于设定值，这时蒸汽系统不会发生变化。在采用延时功能后，天然气的流量也能维持恒定。

2.3 联锁方案

SIS装置可以实现水碳比的联锁，为了使SIS装置的可靠性不断的提升，在水碳比计算的环节中，应该充分的采用现场测量仪表，这个仪表与DCS系统的仪表独立。SIS装置是在联锁方案设计的基础上实现的，其不参与到控制中，仅仅参与到水碳比的测量和计算中，而且起到了联锁保护的效果。

在催化和转化的环节中，如果水碳比和总水碳比的测量值比联锁值低，那么就会导致整个装置出现联锁停车的情况。SIS装置系统的水碳比的计算方法会与DCS系统相同，在进行蒸汽流量计算的环节中，也会充分的采用压力补偿的方式。

SIS装置的操作具有非常高的权限，操作人员一般不具有其操作的权限。在开车的环节中，天然气的分子量在设定的环节中，应该充分考虑到系数的设定值。

2.4 设计特点和应用效果

在设计的环节中，水碳比的控制非常复杂，而且要面临着复杂的计算，应该采用两套独立的系统实现联锁保护。SIS系统在水碳比的联锁保护中，采用监测仪表的方式，这个系统与其他的系统独立。DCS系统可以实现水碳比的复杂的控制，在进行相关的计算和仪表信号的分析中，要将信号传输到同一控制器中，在SIS装置的操作平台上进行设置，并且完善声光报警的效果。水碳比控制的联锁设计方案的稳定性好，而且实现了自动化的控制。

3 结语

在进行水碳比的控制中，应该确保其数值处于一个非常平稳的状态，在生产的环节中，水碳比是一个固定的数值。在生产中，尽量降低水碳比，起到节能降耗的效果。

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