精馏塔塔釜温度控制设计

1、封面目录1.概述12.工艺说明22.1. 工艺概述22.1.1.精馏工艺22.1.2.典型设备及工艺参数22.2. 工艺流程图32.3. 工艺对自动控制的要求33.设计43.1. 控制系统43.1.1.控制系统的确定43.1.2.控制系统参数的选择43.2. 控制规律确定43.3. 正反作用的确定43.3.1.执行器正、反作用的选择43.3.2.控制器正、反作用的选择53.4. 控制方案53.4.1.方块图53.4.2.抗干扰控制说明53.4.3.测量点选取63.5. 带控制点工艺流程图64.设备选型74.1. 设备一览表74.2. 仪表的选择74.2.1.温度计及温度变送器的选择74.2.2

2、.蒸汽流量仪表的选择74.3. 执行器的选择85.安装、运行及注意事项95.1. 热电阻95.2. 温度变送器95.3. 流量检测仪表（蒸汽流量计）106.总结11参考文献111. 概述精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到产品质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制设计长期以来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入和多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用响应缓慢，参数间相互关联严重，而控制要求又大多较高。这些都给自动控制的实施带来一定困难。同时各塔工艺结构特点又千差万别，这就更需要深入分析工艺特性，进行自动控制方案的设计和研究。

3、精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：“过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂”，这些给自动控制设计带来了不小的麻烦。作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。但在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往往欠合理，过分离现象普遍存在。精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，收效也很明显。所以说实现精馏塔的合理控制对于化工行业来说极为重要，不光是因为提高分离效果，节约整个工艺的生产成本；更是有效的降低了能源损失。在现今能源问题日益严峻的社会

4、，提高能源利用率更加迫切。当前在工业、农业、电子、建筑以及人们日常生活中广泛应用的PVC（聚氯乙烯）是一种热塑性树脂，由于强度高和加工过程简单而且成本较低，因此在生活中得到广泛应用。在PVC的生产过程中，氯乙烯精馏过程是其中重要的生产环节，精馏过程生产出高纯度的氯乙烯单体，将对下一步氯乙烯的聚合产品质量产生较大影响。PVC高沸点精馏塔的提馏段温度是保证塔底产品分离纯度的重要依据，要求温度恒定，因此需要较高的控制质量。本次设计目的就是要根据控制要求，对提馏段温度进行稳定的控制。控制系统的总体方案，可采用自动控制方式，利用变送器、调节器，控制阀等方式自动控制精馏塔精馏，得到符合规定质量合格的产物。

5、2. 工艺说明2.1. 工艺概述2.1.1. 精馏工艺本设计针对25万吨年PVC项目高沸塔塔釜温度进行自动控制设计。氯乙烯精馏过程是PVC生产过程中的重要环节，氯乙烯精馏过程一般由低沸系统和高沸系统构成。在低沸塔中除去轻组分杂质，在高沸塔中除去重组分杂质。氯乙烯及重组分进入高沸塔后，轻组分从塔顶馏出，经调节阀控制一路回流进入高沸塔塔顶，另一路送出工艺系统得到氯乙烯产品。少量的氯乙烯与重组分从塔底排出，在经再沸器加热后，一路回流入高沸塔塔釜，一路送回再吸收塔进行吸收。在整个流程中，两塔的温度对于氯乙烯的分离效果极为重要，温度合理控制更需要多全面进行考虑。2.1.2. 典型设备及工艺参数高沸塔又称

6、为二氯乙烷塔或精馏塔，是用来从粗氯乙烯中分离出二氯乙烷等高沸点馏分的精馏塔。该塔为板式塔，采用筛板塔盘，分别由塔顶冷凝器、塔身塔底再沸器三部分组成。精馏段塔板数为25块，提馏段塔板数为10块，主要是釜残液需进行回收利用，提馏段塔板数可适当减少，回流比控制在0.20.6之间。全塔的物料进出成分可参见表2-1，部分工艺参数参见2-2.。表2-1高沸塔物料进出组成物料类型主要组分（沸点）少量组分主进料氯乙烯（23）二氯乙烯、HCl等馏出液氯乙烯HCl、H2O釜残液二氯乙烯（120）氯乙烯塔底再沸器采用立式热虹吸再沸器，水蒸气走壳程，主物料走管程。再沸器中，热蒸汽与釜残液逆流换热，釜残液在再沸器的上方

7、再次到达气液平衡，回流进入高沸塔，维持高沸塔提馏段的气液平衡关系。表2-2部分工艺参数类别范围低压蒸汽压力0.2MPa 0.8MPa提馏段温度30 40塔操作压力0.26MPa 0.36MPa2.2. 工艺流程图图2-1高沸塔提馏段工艺流程图2.3. 工艺对自动控制的要求在一定的压力下，混合物的组成是依温度而变的。高沸塔温度的控制是影响精馏质量的关键因素。若塔釜温度过高，易使塔底馏分中的高沸物蒸出，使塔顶馏分的高沸物含量增加；使蒸出釜列管中液面下降，导致多氯烃的分解、炭化和结焦，影响传热效果。若塔釜温度太低，则影响上升蒸气量，使残液中氯乙烯含量增加，甚至液面升高。所以维持塔釜温度的稳定对于整个

8、精馏过程至关重要。3. 设计3.1. 控制系统3.1.1. 控制系统的确定本设计通过控制回流的釜残液温度对塔釜温度进行调解。采用串级控制系统，分别对蒸汽量和塔釜温度进行检测，通过改变蒸汽量来达到改变回流液温度的效果，从而使得塔底温度稳定。优点如下：1.主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。2.结构上是主、副调节器串联，主调节器的输出作为副调节器的外设定，形成主、副两个回路，系统通过副调节器操纵执行器。3.抗干扰能力强，对进入副回路扰动的控制力更强，控制精度高，控制滞后大，特别适用于滞后大的对象，如温度等系统。3.1.2. 控制系统参数的选择主变量：精馏塔塔釜温度（主被控变量）；副变量：

9、再沸器蒸汽进口流量（辅助变量）；主对象：精馏塔塔釜；副对象：蒸汽进料管；主控制器：温度控制器；副控制器：流量控制器。3.2. 控制规律确定在精馏塔温度与流量控制系统中，主变量是提馏段的温度，过程控制通道的容量滞后大，因此主调节器采用PID控制规律。蒸汽的流量属于副变量，允许一定的偏差，因此副调节器采用PI控制规律。3.3. 正反作用的确定3.3.1. 执行器正、反作用的选择在高沸塔塔釜温度串级控制系统中的副回路上，若气源中断，应该停止提供蒸汽，蒸汽量过大，会使塔釜温度急剧上升导致产品中高沸物的含量过高。所以执行器应该选用气开阀，是正作用。3.3.2. 控制器正、反作用的选择副控制器：为确保设备

10、安全，调节阀选用气开阀，副对象是蒸汽管道，阀门开大时，压力上升，符号“正”副变送器符号“正”。为了使副回路构成一个负反馈系统，副调节器应选“反”作用方向。主控制器：在本设计控制系统中主、副变量增加时，对控制阀动作方向的要求是一致的，都要求关小控制阀，减少供给的蒸汽量，才可以使得主、副变量下降，因此，主对象符号“正”，主调节器应取主对象符号的反号，因此主调节器应选反作用。3.4. 控制方案3.4.1. 方块图y1-z2-x1e1e2y2x2执行器副调节器副调节器主调节器副对象y1z1y2主对象主调节器图3-1高沸塔提馏段自动控制方块图3.4.2. 抗干扰控制说明1、蒸汽流量出现不正常波动时，干扰

11、进入副回路，在检测到信号变化后副调节器后由执行器进行及时控制，维持进入再沸器的蒸汽量稳定，避免控制不及时，造成控制质量下降。如流量上升时，控制阀关小，蒸汽量降低。2、塔釜温度不正常上升或下降时，干扰作用于主对象，信号由传至主调节器，主调节器继续传至副调节器，根据实际温度变化情况，对蒸汽流量进行调节，来维持塔釜温度的稳定。如温度下降时，控制阀开大，蒸汽流量增大。3、当塔釜温度变化同时蒸汽流量出现波动时，干扰同时作用于副回路和主对象，此时信号由主调节器和测量点传至副调节器，基于维持塔釜温度不变的条件下，调节器会对控制器传达指令。如蒸汽流量上升且塔釜温度下降时，若两者变化量相等，控制器将无动作；若不

12、相等，控制器改变蒸汽流量给定值来抵消两者的偏差。3.4.3. 测量点选取温度测量点选择塔底位置约在第35块塔板以下的位置，流量测量点于控制阀前一段管道选取一处。3.5. 带控制点工艺流程图图3-2高沸塔提馏段PID图4. 设备选型4.1. 设备一览表表4-1设备选型设备设备名称测量温度范围环境温度价格厂家测温元件热电阻温度计25150400杭州逸翔机电温度变送器SBW-6442006002075 600杭州逸翔机电温控仪表CHB402智能温控仪0400050 1000杭州逸翔机电流量检测计LY-LUGB25250-30801200杭州逸翔机电流量控制仪表XSJDL定量控制仪600杭州逸翔机电执

13、行器气动调节阀30603000上海索强阀门制造4.2. 仪表的选择4.2.1. 温度计及温度变送器的选择由于PVC提馏段温度正常范围为3040，因而我们选用铜电阻温度计。铜电阻温度计可测量25+150介质，在本设计适用范围内。温度变送器采用SBW-644智能型温度变送器，该型变送器可安装在热电阻的接线盒内形成一体化结构，简单方便，适宜远距离传送。温控仪表采用CHB402智能温控，测量精度高、控温准确稳定，抗干扰能力强、操作简单等优点，此款仪表适应性广、性价比极高。4.2.2. 蒸汽流量仪表的选择LY-LUGB蒸汽流量计，采用压电应力式传感器，可靠性高,。该流量计可以检测温度在25250范围内的

14、介质。再沸器采用低压蒸汽进行热交换。低压蒸汽压力在0.2MPa0.8MPa之间，温度约在120150范围内，未超出流量计测量范围，满足工艺生产要求。 图4-1执行器 图4-2LY-LUGB蒸汽流量计4.3. 执行器的选择执行器选用气动调节阀，该阀门以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，借助定位器保位阀等附件去驱动阀门，接收工业自动化控制系统的控制信号来实现管道介质的开关量或比例式调节。执行器的执行机构（控制阀）为截止阀，由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。本设计中我们主要是通过蒸汽量的控制来实现塔釜温度的恒定，因此流量无需太高精度，气动执行阀在精度上略显不足但是基

15、本满足工艺生产的要求，气动执行阀相对来说价格低廉，操作方便。5. 安装、运行及注意事项5.1. 热电阻对热电阻的安装，应注意有利于测温准确，安全可考及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作。要满足以上要求，在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点：1.为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门，弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。2.带有保护套管的热电阻有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热电阻应该有足够的插入深度。(1)对于测量管道中心流体温度的热电阻，一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径

16、是200毫米，那热电阻插入深度应选择100毫米； (2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度)，为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm；(3)假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m，热电阻插入深度1 m即可。(4)当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装，或加装支撑架和保护套管。5.2. 温度变送器1.变送器电源必须小于36VDC，绝对不能将高压市电接入回路。 2.变送器组成的回路，负载电阻总和应在使用说

17、明书规定的工作范围内。 3.不同规格变送器模块，显示屏不能互换。 4.当安装环境较差时（空气流动差，温度高），请采用高温环境一体化温度变送器。采用散热装置以降低工作环境温度，提高可靠性。 5.变送器在运输、安装、使用中严禁撞击、敲打等剧烈冲击。 6.温度变送器的标定是一个技术要求较高的工作，非专业人员、无标定用的仪器请不要随便调节二个电位器，造成精度下降甚至不能正常工作。 7.标定时，由于二个电位器之间互相有影响，必须反复调零和调满度。直到能满足精度要求，标定工作才算完成。 5.3. 流量检测仪表（蒸汽流量计）1.对于直管段，流量计必须水平安装在管道上（管道倾斜在50以内），安装时流量计轴线应

18、与管道轴线同心，流向要一致，其上游管道长度应有不小于10D的等径直管段，如果安装场所充许建议上游直管段为20D、下游为5D。2.对于配管，流量计安装点的上下游配管的内径与流量计内径相同。3.对于旁通管，为了保证流量计检修时不影响介质的正常使用，在流量计的前后管道上应安装切断阀（截止阀），同时应设置旁通管道。流量控制阀要安装在流量计的下游，流量计使用时上游所装的截止阀必须全开，避免上游部分的流体产生不稳流现象。4.流量计最好安装在室内，必须要安装在室外时，一定要采用防晒、防雨.防雷措施，以免影响使用寿命。5.流量计应安装在便于维修，无强电磁干扰与热辐射的场所6.安装焊接时，用户另配一对标准法兰焊在前后管道上。不允许带流量计焊接！7.安装流量计前应清理管道内杂物：碎片、焊渣、石块、粉尘等推荐在上游安装5微米筛孔的过滤器用于阻挡液滴和沙粒。最好用等径的管道（或旁通管）代替流量计进行吹扫管道。以确保在使用过程中流量计不受损坏。8.安装流量计时，法兰间的密封垫片不能凹入管道内，以防止干扰正常的流量测量。6. 总结氯乙烯的加压精馏是聚氯乙烯生产过程中的重要环节，而其温度的控制更是关乎到精馏的成功，所以对精馏过程的温度控制是关键点。此次设计就专门针对其温度进行一