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MTBE装置DCS控制系统解决方案前言北京远东仪表有限公司介绍北京远东仪表有限公司，隶属于北京京仪集团有限公司。是国家大型自动化仪表制造企业。长期致力于国内外自动化领域、向广大的用户提供系统集成服务、仪表成套安装和一体化的整体解决方案，同时向用户提供自动化领域的客户咨询和工程服务。依托与艾默生、西门子、GE等国外自动化行业的国际知名企业长期的合作关系及自主品牌京仪华文DCS控制系统，分别采用不同的硬件产品平台成功实施了多个PLC、DCS及过程仪表成套等解决方案，现已发展成为集制造自动化控制产品和自动化控制工程解决方案服务为一体的现代化大型自动化公司,业务范围已涵盖石化、化工、电力、钢铁、造纸、市政环保、建材、纺织等行业，并已在多个国外项目中成功应用。北京远东仪表有限公司汇集了一批在环保、自动控制、仪器仪表、计算机等专业的富有丰富理论和实际经验的中、高级技术人才，重点面向以下领域的自动控制系统的方案设计、施工、调试的交钥匙工程的总承包。随着业务的发展，远东公司在烟气脱硫DCS控制系统、化工控制系统、空分制氧系统、水环保自控等产业已经形成一整套完整的自动化系统解决方案，为国家的能源、环保产业作出自己的贡献！ 具有特色的解决方案 自来水SCADA系统一体化解决方案 污水处理控制系统一体化解决方案 空分制氧PLC控制系统 航天系统特定项目一体化解决方案 北京远东仪表有限公司有极强的系统集成和项目管理能力北京远东仪表有限公司的控制产品主要是DCS和PLC。以这两项产品为基础，集成工控机、测控仪表、通讯网络、应用软件等，基本上可以覆盖各行业的自动化流程。一种解决方案的优劣，不仅和DCS与PLC有关，而且和实施者的系统集成能力、项目管理能力和工程实施能力有极大的关系。历经多年发展和积累，北京远东仪表有限公司在各行业自动化方面都拥有了极强的系统集成和项目管理能力，已获得了多项资质。1994年行业内率先通过ISO9001质量体系认证； 并连续六年被评为北京市先进管理企业、北京市“十佳企业”、“重合同，守信誉”单位和连续十一年被北京市评为“首都精神文明标兵”单位。 真诚铸造品牌在公司多年的发展史上，铭刻着一句早已植根于每个员工心中的誓言： “真诚地为用户设想”。所谓“真诚地为用户设想”，就是要站在用户的角度来考虑问题，不断改进工作，改进产品，达到用户完全满意；也就是要以用户的发展为本，企业本身的发展为次，用户发展了，企业的发展就是一种自然结果。“真诚地为用户设想”，不是一句空泛的口号，依靠的不仅仅是每位员工的觉悟，更需要体现在工作之中。 售前服务：为用户提供最佳解决方案工业生产装置因行业不同而各不相同，对控制的需求更是千差万别。只有根据用户的实际情况，参照用户的要求，制定适用的可行方案，才能让用户最受益。而工业现场运行的经验不是在学校里学出来的，也不是在研究所“研究”出来的，而是在现场实践中培养出来的。 售中服务：有求必应售前工作如此，售中（工程实施）工作更不能含糊。售中，是系统工程合同特有的阶段，也就是从合同签订后的第一次用户联络会起，到系统在现场投运成功时止。在售中，和利时公司对用户提出的要求有求必应，这可能是与国外公司最大的不同之处。公司秉承的质量方针是“严格控制过程，确保并持续改进产品质量和服务质量，达到所有用户满意”。因此，用户提出的修改要求公司向来是无条件的满足。有时，用户自己对需求也不是很清楚，造成系统要反复修改。那么，公司就会三番五次地按照要求改，直到用户满意为止。 售后服务：让用户安枕无忧基于“真诚地为用户设想”的理念，用“换位思考”的思路，我们站在用户的角度上来要求自己，设计了一套适合中国特色的、创高技术品牌的优质服务体系，并把它在实际工作中加以实施。一、 MTBE概述随着高性能汽油发动机的发展，给炼油厂提出了生产高辛烷值汽油的任务。要提高汽油辛烷值，一是要设法提高基础组分汽油的辛烷值，二是要调入适量的高辛烷值组分。高辛烷值组分主要有烷基化油、叠合油、异构化油以及甲基叔丁基醚（简称MTBE）等。MTBE它的沸点是55度，相对密度是0.746，分子量为88，性质与汽油相近，与烃类完全互溶，对汽油的理化性质没有不良影响，其本身的辛烷值很高，具有良好的抗爆性。甲基叔丁基醚的性质和用途甲基叔丁基醚（MTBE），结构式CH3-O-C (CH3）3.。是一种无色、透明、易挥发液体。有毒。分子量 88.1。马达法辛烷值101，研究法辛烷值117。常压下沸点为55.2，25时的密度为735.5kg/m3。微溶于水，水中溶解度6.9%（V/V）。醚能溶解于强酸中；醚和空气接触生成过氧化物分解后发生强烈爆炸，空气中浓度达1.68.4%发生爆炸。二、 工艺介绍甲基叔丁基醚（简称MTBE）是在酸性催化剂的作用下，由甲醇与C4馏分中的异丁烯进行合成反应而得到的，这一反应为可逆放热反应，反应温度越低，平衡常数越大，转化率越高；该反应在液相条件下完成，速度非常快。它的生产过程可分为三种，两段深化转化工艺流程（THC），一段一般转化工艺流程（OGC），一般深度转化工艺流程（OHC）。THC流程是原料（C4馏分）与甲醇混合进入一段反应器，反应产物进入共沸分馏塔。从塔底出来的MTBE作为产品送出装置，塔顶出来的甲醇和C4馏分共沸物补充甲醇后进入二段反应器继续进行反应。二段反应生成物进入C4分馏塔，C4馏分和甲醇共沸物从塔顶排出，进入甲醇水抽提塔；塔底出来的二段反应生成物（MTBE+甲醇）可与共沸分馏塔底出来的MTBE一起送出装置，也可返回一段反应器再次进行反应。C4馏分、甲醇混合物在甲醇水抽提塔内得到分离，C4馏分送出装置；甲醇水溶液进入甲醇回收塔。分离出来的甲醇打回反应器循环使用。三、 操作条件影响反应转化率及选择性的因素要有反应温度及甲醇与异丁烯的摩尔比。1反应温度在一定的异丁烯浓度和醇烯比下，反应温度的高低不仅影响异丁烯的转化率，而且也影响生成MTBE的选择性、催化剂的寿命和反应速率。在低温时反应速度慢，反应转化率由动力学控制，随着反应温度的增加，平衡转化率下降，反应速度增加，达到平衡所需时间缩短，因此在高温时，反应转化率受热力学控制。为了增加平衡转化率，延长催化剂的寿命，减少副反应，提高选择性，应当采用较低的反应温度。适宜温度为5080。提高反应温度，虽可提高反应速度，但二甲醚的生成量也随反应温度的提高而增加。而且反应温度超过140时，催化剂将被烧坏。根据放热反应的特点，反应温度低时异丁烯转化率较高。因此当装置设有两台反应器时，常使一台在较高温度下操作，以提高反应速度，另一台在较低温度下操作，以保证所要求达到的高转化率。2 醇烯比甲醇与异丁烯的摩尔比增大，可减少异丁烯二聚物和三聚物的生成，所以选择性增加。另外甲醇与异丁烯的摩尔比上升，异丁烯的平衡转化率也增加，故提高甲醇与异丁烯的摩尔比是有益的。但是，高的甲醇与异丁烯的摩尔比，将使反应生成物的甲醇浓度增加，从而提高了分离、回收系统的操作费用。因此，综合考虑，甲醇与异丁烯之比取1.1 l.2 ：1 较适宜。3反应压力反应压力必须保持物料在液相反应，一般为0.81.4MPa。4原料纯度强酸阳离子交换树脂催化剂中的H会被金属离子所置换而使催化剂失活，因此要求进入反应器的原料中金属阳离子的含量小于1mg/kg；如原料中有碱性物质也会中和催化剂的磺酸根，所以这类杂质也要脱除；C4馏分中水含量必须限制，一般为300500mg/kg。因为水与异丁烯发生副反应生成民丁醇。原料C4馏分中异丁烯含量的多少，因来源不同差别很大。催化裂化的C4馏分中异丁烯含量含量较低，适宜作炼油型的，下游产品可作烷基化原料；而裂解C4馏分经过抽提丁二烯后的萃取剩余C4馏分，异丁烯含量高达40%60%，可作为化工型的，即转化率99.5%，才能满足下游生产1丁烯的需要。四、 工艺流程本项目属于两段深化转化工艺流程（THC），甲醇和含异丁烯的碳四烃经预热器预热后送到醚化反应器。反应器采用固定床列管式反应器，管外采用水作冷却剂。反应温度为5060，反应产物中有甲基叔丁基醚，未反应的异丁烯、甲醇，不起反应的正丁烯及丁烷，极少量副产物二异丁烯、叔丁醇。反应物进入提纯系统前与提纯塔釜产物进行热交换。提纯塔为简单蒸馏塔，塔操作压力约为0.6MPa 。塔顶蒸出剩余碳四烃，并携带共沸组分甲醇。提纯塔釜为甲基叔丁基醚成品，经与进料换热后送入贮罐，塔顶剩余C4 烃送入水洗塔回收甲醇。水洗塔釜甲醇水溶液进入甲醇回收塔，回收塔顶蒸出的甲醇循环回反应器。回收塔釜的水返回至水洗塔顶部作洗涤水，水作闭路循环。水洗后的碳四尾气中甲醇含量可降至10ppm 以下。 1.工艺流程图：2.工艺流程简介： 3万吨年MTBE(甲基叔丁基醚)装置生产工艺： 异丁烯甲醇 基叔丁基醚 MTBE生产工艺：异丁烯与甲醇在加压后混合，进入反应塔后先反应，再分馏（在同一塔体内完成）生成甲基叔丁基醚（一种汽油添加剂，用以提高汽油标号），简称为MTBE。3.测点清单如下：信号类型 不冗余点数冗余点数 总点数 备注 AI热电偶 56 2 58 电流信号 47 27 74 AO 电流信号 0 22 22 DI 28 0 28 DO 12 0 12 根据工程监视及控制需要，我们用HPCS3000系统对工程进行生产数据的监视、控制回路的控制，完美的实现对生产系统的自动化监控。 五、 系统实现方案基于“集中管理，分散控制”的模式，数字化、信息化环保工程的思想，着眼于企业“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集过程控制、监视和计算机调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制，实现“现场无人值守，总站少人值班”的目标。另外，在设计的时候，在确保先进、可靠、开放、安全的前提下，始终坚持控制成本的原则。a) 运用国际先进技术和当今高科技成果，建设高可靠性、高效率、高度自动化的控制系统。b) 检测仪表配置满足工艺流程检测要求、工艺设备控制要求和安全生产要求。c) 仪表选型立足于可靠性、先进性，并确保工艺的精度要求和实时要求，以及维护方便，运行稳定。d) 自控系统对MTBE生产过程以分散控制为主，集中调度，达到国际先进水平。e) 自控系统的软硬件的配置符合国家和国际上有关标准，确保产品的可靠性、开放性，以满足产品的扩展的需要。f) 成套设备的控制系统利用厂商提供的专用控制设备，并通过通信口实现和监控系统的数据通讯。通讯网络采用开放性的符合国际标准的通讯协议及规约，便于系统的扩展及升级。1 系统配制图 1.1 整套HPCS3000系统配置3个操作员站、其中1个兼工程师站、1台冗余现场控制站及I/O 模块。 其中网络，电源和重要I/O模块冗余配置。1.2 工程师站（由操作员站兼任）完成组态修改及下装，包括：数据库、图形、控制算法、报表的组态，参数配置，操作员站、现场控制站及过程I/O模块的配置组态，数据下装等。1.3 操作员站进行生产现场的监视和管理，包括：工艺流程图显示，报表打印，控制操作，历史趋势显示，报警管理等。1.4 现场控制站又称I/O站，是系统实现数据采集和过程控制的重要站点，主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送至上位机等功能。1.5 现场控制站由DPU、智能I/O单元、电源单元和专用机柜四部分组成，在DPU和智能I/O单元上，分别固化了实时控制软件和I/O单元运行软件。1.6 现场控制站内部采用了分布式的结构，与系统网络相连接的是现场控制站的DPU，冗余配置。DPU通过控制网络与各个智能IO单元实现连接。1.7 系统采用I/O模块DPU组成现成控制站，采用MODBUS 现场总线技术，构成先进的、可靠的DCS分布式控制系统。I/O模块和底座组成现场模块单元，。现场控制站主要由I/O模块、机箱、电源切换箱组成。2 系统网络构架2.1 系统的网络由上到下分为、控制网和系统网两个层次，控制网络实现现场控制站与过程I/O模块的通讯；系统网实现工程师站、操作员站，现场控制站之间的与互连。2.2 系统网络采用可靠性高的双冗余结构，应用时可以保证在任何一条网络失效的情况下都不影响系统通信。2.3 系统网络由100M工业以太网构成，用于工程师站、操作站与现场控制站的连接，完成现场控制站、通讯控制站的数据下装，上位机与现场控制站、通讯控制站之间的实时数据通讯。2.4 控制网络由MODBUS 总线构成，用来实现现场控制站与过程I/O模块的通讯，完成实时输入、输出数据的传送。Modbus是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通讯而设计的。既可满足高速传输，又有简单实用、经济性强等特点。3 环境特殊要求：因甲醇、C4丁烯物料、产品MTBE均为易燃易爆物体，有较高防爆要求，对出入DCS系统的信号都需用安全栅进行隔离。4 工艺及控制要求：MTBE生产工艺：异丁烯与甲醇在加压后混合，进入反应塔后先反应，再分馏（在同一塔体内完成）生成甲基叔丁基醚（一种汽油添加剂，用以提高汽油标号），简称为MTBE。3万吨年MTBE装置中包含22个PID控制回路，其中3个串级控制回路，一个比值控制回路； 串级回路1：以回收塔底部TI2238为外环，E210蒸汽流量FIC2212 为内环； 串级回路2：以C4原料罐物位LICA2201为外环，C4自罐区来流量FIC2201为内环。串级回路3：回收塔液位LICA2208为外环，萃取水流量FIC2210为内环。C4丁烯物料流量FT2203与甲醇流量FT2204实施摩尔量的比值控制，其中甲醇流量比值略高于C4丁烯物料，比值可修改。FT2203、FT2204均为质量流量计，其控制框图如下：F1mol=Fm1 F 甲醇的质量流量， m1 甲醇的分子量， F1mol甲醇的摩尔流量，F2F1mol * m2 * K1 K m2 异丁烯的分子量， K1 可修改的比值系数 K 可修改的C4成分含量 F2 C4物料的流量。六、 主要工艺流程控制1、醚化单元 1.1、醇烯比是操作的一个关键指标，如果醇烯比过低或甲醇中断，都会引起反应器床层温度高于指标控制范围，甚至会烧坏催化剂，因此要做到精心调整，保证醇洗比稳定在1.030.1。若发现甲醇中断时，立即停止抽余碳四向反应器进料，避免烧坏催化剂的事故发生；同时仪表计量和分析要准确； 1.2、醚化催化剂的脱水要干净，否则会产生大量的副产物，延长产品合格的时间，因此甲醇浸泡的时间要充分，才能将醚化催化剂中的水脱干净； 1.3、在投料的初始阶段，床层温度的控制是难点，主要控制手段如下： 密切注意催化剂床层温度及温度升高的趋势，及时向火炬气排放系统泄压；投料量要小，以减少放热量；调节好醇烯比，在投料初期宁可甲醇过量一些；尽快建立外循环；2、反应精馏单元 2.1、醚化催化剂的脱水要干净，否则会产生大量的副产物，延长产品合格的时间，因此甲醇浸泡的时间要充分，才能将醚化催化剂中的水脱干净； 2.2、调节好醇烯比，在投料初期宁可甲醇过量一些； 2.3、塔升温时，要严格控制升温速度，升温过快会造成干塔或液泛，延长了产品合格的时间； 2.4、在投料的初期甲醇过量，为减少甲醇对反应精馏塔操作的影响，在维持反应精馏塔的液位的前提下，将不合格的MTBE排至自备罐区不合格品罐； 2.5、在反应精馏塔操作的过程中，要尽可能地维持操作压力的稳定，减少塔压波动，否则MTBE易闪蒸到塔顶，使反应精馏塔A塔顶采出产品合格时间延长；3、甲醇回收单元 3.1料水比甲醇回收单元的一个重要指标，料水比的高低既影响到水洗后碳四的质量，又影响到回收塔的操作。料水比高，萃余碳四中的甲醇容易超标；料水比低，使萃取水中的甲醇浓度低，从而会导致回收塔塔顶采出的甲醇产品不合格或为达到相同的回收甲醇品质使操作费用增加（即加大回流比）。因此，要维持料水比在56，并将之间的甲醇浓度维持在710（重量），通常维持在8（重量） 3.2、要维持水洗操作压力稳定。操作压力抵，使萃余碳四中的甲醇和水超标；操作压力高，会影响设备安全或安全阀起跳。可以从以下几个方面来维持水洗塔的操作压力：1）醚后碳四进料要稳定；2）塔压调节灵敏；3）稳定进水量；4）稳定界面；5）稳定进水温度。 3.3、回收塔的操作：首先要维持塔的操作压力，减少塔压波动，否则易将水闪蒸到塔顶，使回收甲醇不合格；其次是要稳定水洗塔的界面和循环水量，减少进入回收塔的碳四量. 七、 HPCS系统简介HPCS-3000、4000+分散过程控制系统是在多年研究国内外多种DCS产品技术基础上，汇集了多年发电、造纸、化工等生产过程控制经验最新推出的新一代DCS产品；是一个融计算机、网络、数据库、信息技术和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品。HPCS是英语HUAWEN Processing Control System的缩写，中文含义为华文过程控制系统。系统的开放式结构、模块化设计技术、合理的软硬件功能配置和易于扩展的特点，可广泛用于电站的分散控制、电厂调度和管理信息系统、变电站监控、电网自动化、钢铁企业的高炉监控、化工企业的过程自动化和造纸厂过程自动化。八、 HPCS系统网络特点HPCS 系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）标准基础上，符合IEEE规范和TCP/IP协议。HPCS的系统网络分为机组级DCS网络和厂级监控信息网络，DCS网分为实时数据网与信息数据网二部分，均采用以太网。 （1）SIS厂级监控信息网HPCS的SIS厂级监控信息网连接SIS系统中各底层的实时控制系统DCS及高层的HMI，如值长站、计算站、负荷分配站、通讯网关、Web服务器等。SIS厂级监控信息网采用以太网。通讯协议：IEEE802.3 通讯速率：100Mbps 通讯介质：光纤（2）DCS实时数据网HPCS的DCS实时数据网连接过程处理单元DPU、操作员站OPU、工程师站ENG、历史数据站HSU等不同的节点。高速传递实时数据、组态信息、控制指令。DCS实时数据网采用1：1冗余结构。1：1冗余通讯接口卡，设计了传输出错检测技术，任何一条网络故障都不会影响通讯，增强了系统的安全性与可靠性。通讯协议IEEE802.3广播方式。通讯速率10Mbps/100Mbps。通讯介质无源同轴电缆、双绞线或光纤。支持250个节点。节点间距离100米-40公里。 全局实时数据库容量：64000点模拟量，64000开关量。（3）DCS信息数据网HPCS的DCS信息数据网，单网配置，连接操作员站OPU、工程师站ENG、历史数据站HSU等节点。为HMI担任快速高效的信息传递通道，用于机组级文件及打印共享(4) I/O网络过程控制单元DPU的I/O站，通过I/O网络与主控单元DPU相连，I/O网络采用高速串行总线传递实时数据及控制操作指令。软件检错与纠错增加了系统的可靠性。1：1冗余的工业控制网络DPU、I/O站接口卡冗余配置命令/响应方式，主从结构高速串行总线通讯速率345K1Mbps，EIARS-485规范。通讯接口光电隔离通讯介质，双绞屏蔽电缆节点可达250个分布式测控，最大分布距离 40公里支持远程I/0 九、 系统特点特点一：高度的可靠性w 表面安装、低功耗，每块I/O卡件的功耗450V，输入与输出间隔离电压1500V。各路信号的接口处均有多重过压过流保护措施。w 所有输出I/O卡件在硬件与软件方面采取特殊措施避免在恶劣电磁环境下误发信号。w 提供专有软件工具，远程监控网络负荷，网络连接状态，PCU运行状态及 CPU负荷率。特点二：高度可伸缩性w HPCS主要面向的是大型过程控制系统。 点数可达10000点以上。w HPCS也充分考虑了数百点甚至一百点以下小系统HPCS取消端子柜、端子板安置在控制柜后部两侧、预制电缆、同一块AI卡可同时接受不同类型的AI信号、采取上述措施后HPCS大大降低了成本。w HPCS的每一个I/O机箱都可单独构成一工作可靠、配置灵活、性能完善的过程控制系统。无论系统规模的大小，HPCS系统的可靠性不降低（控制器冗余、通讯网络冗余、电源冗余），同时都具有优异 的性价比。特点三：高度的开放性w HPCS系统是高度开放型的工业控制系统。HPCS系列在设计之初就将突破封闭发展的制约作为设计的主要问题之一。HPCS系列产品广泛采用国际标准，努力符合国际标准化组织（ISO）所提出的开放系统互连（OSI）参考模型。HPCS系列的系统允许将其他制造厂家的产品无缝纳入自己的系统，也充分考虑到把将来新开发的新设备纳入到HPCS系列中来。w 用完全开放的LINUX操作系统及Windows操作系统。w 现场控制器软件自带OPC，用户在上位机方面可任意选择使用所熟悉的上位机软件。w 系统可设置协议转换站，将多种现场总线设备接入HPCS系统。特点四：高度的智能性w I/O自检，诊断软件可对I/O卡诊断到通道级。模拟量输入卡内含基准电源及测温系统。可在全工作温度范围（055）内对零漂、温漂进行补偿。w I/O卡件及控制器等均可带电插拔。w HPCS采用IEC11313国际标准的控制组态工具。w 虚拟过程控制器功能（算法离线仿真调试）。w 强大的在线修改功能。十、 项目业绩：嘉祥县嘉星热电有限公司 四期扩建工程1130t/h循环流化床锅炉DCS系统MCS+SCS+FSSS 浙江菲达科技发展有限公司 410T/H锅炉尾部烟气脱硫除尘工程DCS系统MCS+SCS 西北石化设备总公司 4400t/d垃圾焚烧炉烟气净化工程DCS系统MCS+SCS 乌海化工有限公司 2*75T锅炉工程DCS系统MCS+SCS+FSSS 淄博三英控制技术有限公司 淄博环保热力75t/h热水锅炉工程DCS系统MCS+SCS+FSSS 葫芦岛锦化动力热电有限公司 2*75T/H CFB、220T/H DCS 系统MCS+SCS+FSSS 华电宿州生物质能发电有限公司 一期75+12.5MW机组工程DCS系统MCS+SCS+FSSS 南阳普光电力有限公司 #2机组410T/H+125MWDCS系统MCS+SCS+FSSS 唐山迁安宏奥煤气电厂 145t/h煤气锅炉+16MW机组DCS系统MCS+SCS+FSS