1. 服務(wù)對象

儀征化纖股份有限公司PTA裝置溶劑脫水塔

2. 工藝簡介

APC-Adcon

PTA裝置是將原料對二甲苯（PX）、溶劑醋酸（HAc）、催化劑醋酸鈷和醋酸錳（Co-Mn）、助催化劑或稱促進劑溴化氫（HBr）以及空氣連續(xù)送入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)在一定壓力和溫度的條件下，經(jīng)過一步氧化生成粗對苯二甲酸（CTA），然后經(jīng)過結(jié)晶、催化加氫除去4-CBA等雜質(zhì)，得到純度99.9%以上的精制對苯二甲酸（PTA）。因此PTA裝置分氧化和精制兩個單元。其中，溶劑脫水塔是氧化單元的一個重要組成部分。圖1是PTA裝置溶劑脫水塔流程示意圖。
　

圖1 PTA裝置溶劑脫水塔示意圖



3. 原操作情況及存在問題

PTA裝置產(chǎn)量由25萬噸/年擴容到32.5萬噸/年，改造后的溶劑脫水塔T-403的負荷增加到原來的130%，塔內(nèi)壓力和溫度有所下降。在2000年下半年，該塔脫水后溶劑中水含量控制在6%到8%之間，塔頂含醋酸量的平均值在3.0%以上，遠遠超過設(shè)計指標。當(dāng)時常規(guī)控制存在的主要問題是：塔的操作彈性較小；在高負荷情況下塔的分離效果達不到原設(shè)計指標，即塔頂醋酸含量在0.8%以下。在常規(guī)控制調(diào)節(jié)下，回流量超過42噸，就很容易產(chǎn)生液泛情況。2001年上半年，塔的填料和篩板構(gòu)造經(jīng)過了改造，儀表也重新進行了調(diào)校。塔釜壓力進一步降低，整個塔段的壓差由原先的20kpa左右下降到10kpa左右，此時即使回流量的顯示值穩(wěn)定在38500kg/hr時，塔的操作運行就處在液泛的邊緣。

由于精餾過程具有滯后大、動態(tài)響應(yīng)慢、非線性嚴重、控制回路關(guān)聯(lián)性強等特點，操作難度很大。常規(guī)控制靠人工調(diào)整塔釜溫度或回流量的設(shè)定值，甚至直接調(diào)節(jié)閥位的開度，這些都是間斷性的而且執(zhí)行起來具有隨機性。控制系統(tǒng)的運行好壞因操作人員的技術(shù)水平、習(xí)慣和錯覺而異，裝置的性能也因盡量不干預(yù)而處于漂移之中。雖然可能在較短時間內(nèi)可以較平穩(wěn)的運行，但是未能達到較優(yōu)化的操作區(qū)域，這對于減少醋酸損耗穩(wěn)定塔釜水濃度等都是不利的。


4. 控制目標

溶劑脫水塔先進控制系統(tǒng)采用多變量預(yù)測控制實現(xiàn)以下目標：在2000年上半年，在塔還有一定的操作裕度時，將常規(guī)PID無法實現(xiàn)控制的大滯后大慣性的塔頂電導(dǎo)率進行直接控制；通過設(shè)定塔頂電導(dǎo)率的設(shè)定值，就可以平穩(wěn)搜索到當(dāng)前負荷工況下，塔頂酸含量最小化的極限，及這時所需要的回流量；使塔底溫度克服各種干擾因素的影響，控制得更加平穩(wěn)，使先控可以在較高的回流量上平穩(wěn)運行，這樣長期運行可以在總體上降低塔頂酸含量。在2001年，在塔經(jīng)常運行在液泛的邊緣時，實現(xiàn)常規(guī)PID無法實現(xiàn)的自動控制，盡量保證塔不進入液泛的工況，從而在總體上降低塔頂酸含量，并同時降低操作人員的勞動強度。

5. 先進控制方案

溶劑脫水塔過程先進控制系統(tǒng)項目的第一步是通過合理有效的實驗設(shè)計和實驗測試，得到真實有效的實測數(shù)據(jù)，再利用APC-Adcon預(yù)測控制軟件包中的辨識軟件包HIDENT進行數(shù)據(jù)處理并辨識得到對象的脈沖響應(yīng)矩陣形式的數(shù)學(xué)模型。

在實驗測試的基礎(chǔ)上，可以辨識得到溶劑脫水塔系統(tǒng)先進控制APC-Adcon多變量預(yù)測控制器的各I/O變量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為后面的控制器進一步設(shè)計提供可靠的基礎(chǔ)。

根據(jù)辨識出的數(shù)學(xué)模型建立APC-Adcon預(yù)測控制軟件包所需的內(nèi)部模型，并根據(jù)實際工藝特點和要求選取合理的參考軌跡、調(diào)節(jié)變量約束、被控變量約束、控制結(jié)構(gòu)以得到APC-Adcon預(yù)測控制器。首先應(yīng)用此控制器控制與內(nèi)部模型相同的仿真對象進行仿真分析和研究；然后應(yīng)用此控制器控制與內(nèi)部模型存在一定差異的仿真對象（模型不匹配情形）進行仿真分析和研究，以檢驗控制系統(tǒng)的抗不確定和干擾能力，接著把所設(shè)計的控制系統(tǒng)引入Honeywell TDC3000集散控制系統(tǒng)進行實時仿真研究和分析。

6. 先進控制系統(tǒng)軟硬件連接

為了使先進控制系統(tǒng)應(yīng)用于TDC3000系統(tǒng)，必須提供現(xiàn)有TDC3000 LCN網(wǎng)絡(luò)和先進控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道。原TDC3000系統(tǒng)已配置PCNM數(shù)據(jù)服務(wù)器，從系統(tǒng)的可擴充性、數(shù)據(jù)通信效率等方面綜合考慮，采用PCNM 通信方式可完全滿足先進控制系統(tǒng)的要求。Honeywell PCNM是基于Windows NT的文件與數(shù)據(jù)服務(wù)器，能以設(shè)定的周期與LCN網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。先進控制操作站與PCNM數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的通信通過以太網(wǎng)實現(xiàn)。APC-Adcon先進控制軟件具有DDE接口，可與DDE服務(wù)器直接交換數(shù)據(jù)。


7. 先進控制系統(tǒng)實施步驟

現(xiàn)場調(diào)查研究、系統(tǒng)方案設(shè)計；

現(xiàn)場第一次實驗測試、過程模型建立；

現(xiàn)場第二次實驗測試、過程模型檢驗和控制器設(shè)計；

控制系統(tǒng)集成；

先進控制系統(tǒng)培訓(xùn)；

現(xiàn)場第一次調(diào)試投運；

現(xiàn)場第二次調(diào)試投運；

系統(tǒng)正式運行；

系統(tǒng)重新投運；

塔的再沸器蒸汽流量問題的研究；

系統(tǒng)重新調(diào)整運行；

系統(tǒng)維護；

系統(tǒng)運行。


8. 先進控制效果

溶劑脫水塔(簡稱T-403塔)的先進控制系統(tǒng)的工作主要分2000年的系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、運行和2001年的系統(tǒng)維護、調(diào)整及運行。

T-403塔的先進控制系統(tǒng)自2000年8月調(diào)試完畢后，9月該廠實施人員對控制參數(shù)和工藝參數(shù)進一步調(diào)優(yōu)，并對每個操作班組進行了培訓(xùn),使操作人員學(xué)會了操作和參數(shù)調(diào)整。10月操作人員開始自覺投運該系統(tǒng),，從2000年10月至2000年12月三個月系統(tǒng)基本連續(xù)運行。但是由于氧化干燥機每周需要定期作業(yè)，所以該系統(tǒng)每周也切停一次。 針對此種情況，我們于2000年11月20日在DCS中編制了一個監(jiān)督程序來統(tǒng)計累計運行時間和監(jiān)督程序運行情況，這樣使程序更加完善。

2001年上半年，T-403塔由于工藝狀況發(fā)生較大的改變及儀表調(diào)整的原因，先進控制系統(tǒng)暫時停止運行了一段時間。從2001年5月開始到10月，先進控制系統(tǒng)經(jīng)過了多次調(diào)整、投運和再調(diào)整的過程。其中實現(xiàn)了塔釜溫度和塔釜壓力的溫壓補償和某些操作經(jīng)驗的專家規(guī)則控制。由于塔的壓差、溫度和液位極不穩(wěn)定，很難實現(xiàn)常規(guī)的塔釜溫度和蒸汽流量的串級，操作人員更愿意投運先進控制系統(tǒng)，由先控來克服各種干擾因素的影響。在先進控制系統(tǒng)投運時，初步穩(wěn)定了塔釜溫度，降低了塔釜水含量的波動。圖2和圖3分別是脫烷烴塔先進控制系統(tǒng)投運前后的控制效果。


圖2 投運前控制效果



圖3 投運后控制效果



9. 經(jīng)濟效益及社會效益分析

PTA生產(chǎn)裝置溶劑脫水塔先進控制系統(tǒng)投運以來，取得了顯著的經(jīng)濟效益，年創(chuàng)利 46.8 萬元，主要由直接經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益兩部分組成。

一、直接經(jīng)濟效益

在溶劑脫水塔先進控制系統(tǒng)運行下，溶劑脫水塔塔頂醋酸含量在130%滿負荷下，由原來的平均值3.1%，降低到2.6%。由物料衡算得到的塔頂采出量在13t/hr，則一年可以減少醋酸損耗為：

13t/hr * 0.5% * 7200hr = 468t

產(chǎn)生經(jīng)濟效益：

468t * 0.1萬元/t = 46.8 萬元

二、間接經(jīng)濟效益

保證裝置的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”生產(chǎn)。




>>>進入儀器商城查看本條信息的發(fā)布人