【正文】 安裝調(diào)試時(shí)間僅為常規(guī)儀表的一半。 （ 4）安全可靠性高。集散系統(tǒng)多采用模塊式結(jié)構(gòu)，可以靈活地組建單回路、多回路、大、中、小等各類系統(tǒng)。而 DCS 系統(tǒng)在工業(yè)控制上具有上述兩種系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)越性。因此，對(duì)它的可靠性要求也相對(duì)更高。從裝置來看，它要有快的時(shí)鐘頻率，足夠的字長。 ②分散控制 分散過程控制裝置體現(xiàn)了控制分散的系統(tǒng)構(gòu)成。 DCS 系統(tǒng)以其靈活，模塊化結(jié)構(gòu)，安全，可靠，危險(xiǎn)分散，功能齊全以及對(duì)大規(guī)模 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)成為當(dāng)代自動(dòng)化控制的主流系統(tǒng)。 確定精餾塔檢測(cè)周期及維修時(shí)間對(duì)精餾塔各個(gè)部件的監(jiān)測(cè)周 期的確定要依賴 25 于精餾塔本身的壽命，在這里取精餾塔的平均極限壽命為 T，則檢測(cè)周期 Tc=T／nd，其中 nd 為離散度系數(shù)。由于再沸器加熱量 的增加引起上升蒸汽量的增加，將會(huì)改善汽、液接觸，從而使組分滯后減少 [15]。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡 需要很長時(shí)間，因此盡管上升蒸汽量變化可以很快影響到塔頂組分濃度，但要使塔頂組分濃度變化達(dá)到一個(gè)新的平衡仍需花 24 費(fèi)相當(dāng)常的時(shí)間。 精餾塔 工藝因數(shù)影響 及系統(tǒng)維護(hù) 工藝因數(shù) 影響 (1)上升蒸汽和回流影響 在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的響應(yīng)是相當(dāng)快的。乙烯精餾塔壓差是衡量乙烯精餾塔穩(wěn)定的一個(gè)主要依據(jù) ,液位升高則壓差增大 ,所以選取壓差作為間接指標(biāo) ,根據(jù)壓差來調(diào)節(jié)塔釜采出量。結(jié)果明顯的節(jié)省冷劑用量及增加乙烯收率。乙烯精餾塔是精細(xì)分離塔，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格，產(chǎn)品不合格將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。側(cè)線再沸器 (EA603)的流量控制與再沸器的液位控制器進(jìn)行低選 ,來控制進(jìn)入換熱器殼層的乙烯流量 [13]。 產(chǎn)品質(zhì)量控制采用靈敏板控制方式 ,第 115 塊塔板的在線分析控制器通過與塔底再沸器 (EA403A/B)的丙烯冷劑的流量控制器構(gòu)成串級(jí)控制來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量控制 。 21 圖 乙烯精餾塔工藝流程 該系 統(tǒng)投運(yùn)后使出料流量馬上趨于平穩(wěn)，且平均產(chǎn)量增加，產(chǎn)品乙烯中的濃度大約在 %左右，即乙烯濃度接近指標(biāo) 99． 95％ ，塔底組分合格，達(dá)到很好地降低能耗、提高產(chǎn)量的目的。乙烯精餾塔工藝流程圖如圖 所示，進(jìn)料流量為 20 t／ h 左右，進(jìn)料組分中含乙烯 (C2 H4)80%左右，乙烷 18%左右，其余還有少量的 H CO CO、 C3H、 CH C2H2 等氣體，自塔板泡點(diǎn)進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)氣液交換分離后自塔頂出來的是含少量雜質(zhì)的乙烯氣體，經(jīng) 40℃ 的丙烯冷媒冷凝后作為回流，不凝氣體部分定量返回到壓縮工段， 20 回流液從第一塊塔板返回塔內(nèi)。從前面的分析可知由壓降引起的溫差變化，不僅出現(xiàn)在精餾段（頂部），也出現(xiàn)在提餾段（底部），這種因負(fù)荷變化在精餾段合格提餾段引起的溫差變化相減后就可相互抵消。 18 圖 精餾塔雙溫差控制方案 在進(jìn)料組分基本穩(wěn)定的情況下，負(fù)荷變化引起的塔內(nèi)上升蒸氣流量變化會(huì)使塔板之間壓降變化，而靈敏板于參照板之間 壓降變化由會(huì)引起參照板溫度與靈敏 19 板溫度之間溫差變化。 溫差控制雖可以克服由于塔內(nèi)壓力波動(dòng)對(duì)塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但是還存在一個(gè)問題，就是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，上升蒸氣流量發(fā)生變化，引起塔板間的壓降變化。為了消除壓力波動(dòng)的影響，可以檢測(cè)塔頂（或塔底）附近的一塊塔板的溫度，再檢測(cè)靈敏板的溫度。但在產(chǎn)品純度要求很高，塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)差別又不大、塔內(nèi)壓力存在波動(dòng)時(shí)，以某一點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)的控制方案不能滿足精餾工藝的精度要求。若將溫度傳感器安 裝在塔底以上的靈敏塔板上，以靈敏板的溫度作為被控參數(shù)，可以取得滿意的檢測(cè)和控制效果。 3）串級(jí)控制系統(tǒng)的流量回路對(duì)回流罐液位與壓力、精餾塔內(nèi)壓力等干擾對(duì)回流量的影響有較強(qiáng)的抑制。其中，進(jìn)料量、塔壓、塔底采出量與塔頂餾出液的控制方案與提餾段溫控時(shí)相同；再沸器加熱量應(yīng)足夠大，且維持一定，可以使精餾塔在最大負(fù)荷時(shí)，仍能保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。串級(jí)控制系統(tǒng)雖 15 較復(fù)雜，但可迅速而有效地克服進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)，并可降低對(duì)調(diào)節(jié)閥 特性的要求，有較高的精度。 14 圖 精餾塔提餾段溫度控制方案 提餾段溫度控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 1） 以提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，能較迅速、直接地反映提餾段產(chǎn)品品質(zhì)。另外，液相進(jìn)料時(shí)也常采用這類方案，這是因?yàn)樵谝合噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量 F 的變化首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，而塔頂或精餾塔板上的溫度不能及時(shí)地反映這種變化。圖 為精餾塔裝置的工藝流程。其中質(zhì)量指標(biāo)是必 要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。 以上討論說明，在精餾操作中主要產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，剛好達(dá)到質(zhì)量規(guī)格的情況是期望的，低于要求的純度將使產(chǎn)品不合格，而超過 純度要求會(huì)降低產(chǎn)量。純度越高，這個(gè)傾向越明顯。數(shù)學(xué)上組分 i 的回收率定義為 ： Ri=P/Fzi 式中， P 為產(chǎn)品產(chǎn)量 ； F 為進(jìn)料流量； Zi 為進(jìn)料組分 i 的濃度 。另外，分離混合液也需要消耗一定的能 10 量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。 在精餾操作中，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該控制到剛好能滿足規(guī)定上的要求，即處于 “卡邊 ”生產(chǎn)。所謂關(guān)鍵組分，是指對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分。 精餾塔的控制目標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo) 精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產(chǎn)品，因此產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)必須符合規(guī)定的要求。內(nèi)回流是指精餾塔精餾段上一層 塔 盤向下一層塔盤流下的液體量。 冷卻劑吸收熱量的變化主要是由冷卻劑的壓力或溫度變化引起的，吸收熱量的變化會(huì)影響到精餾塔頂回流量或回流溫度，進(jìn)而引起精餾塔輸出熱量的變化。 TF 和進(jìn)料熱焓值 QF 的變化 進(jìn)料溫度和狀態(tài)對(duì)塔的操作影響很大，一般情況下進(jìn)料溫 度是比較穩(wěn)定的，如果進(jìn)料溫 TF 度變化較大，為了維持塔內(nèi)的熱量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，在單相進(jìn)料時(shí) 8 采用進(jìn)料溫度控制可克服這種干擾，然而在多相進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料溫度恒定并不能保證其熱焓值 QF 穩(wěn)定 。 7 圖 精餾塔物料流程圖 F 的波動(dòng) 進(jìn)料量 F 的波動(dòng) 通常是難免的，如 果精餾塔位于整個(gè)生產(chǎn)過程的起點(diǎn)，則以采用定值控制。 精餾塔的干擾因數(shù)特性 圖 表示精餾塔物料流程圖。另外，塔和附屬設(shè)備及管道 也要散失一部分能量。 (3)滿足約束條件 為了保證精餾產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，必須滿足一些參數(shù) 的極限值所規(guī)定的約 束條件。 (2)保證平穩(wěn)生產(chǎn) 為了保證精餾塔的平穩(wěn)運(yùn)行，應(yīng)設(shè)法預(yù)先克服原料進(jìn)塔之前的主要可控干擾，同時(shí)盡可能 減緩不可控的擾動(dòng)。 圖 A,B 二組分混合物溫度 濃度曲線 5 精餾塔的控制要求及主要擾動(dòng) 精餾塔的控制要求 為了保證精餾生產(chǎn)過程安全，高效地連續(xù)進(jìn)行，精餾塔自動(dòng) 控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面的要求： (1)保證產(chǎn)品質(zhì)量 對(duì)于正常工作的精餾塔，應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度；另一端產(chǎn)品的成分 亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 4 第二章 精餾塔控制 的原理和工藝要求 精餾塔分餾原理 以 A、 B 兩種液體混合物的分餾為例，在壓力一定的情況下， A、 B 二種組分混合溶液汽 —液相溫度 濃度曲線如圖 所示。并且存在一個(gè)使用成熟技術(shù)與使用先進(jìn)技術(shù)的矛盾。據(jù)專家們估計(jì)，當(dāng)前我國企業(yè)對(duì) DCS 的應(yīng)用能力普遍不及它的 30％。 10 年來，有關(guān)精留塔控制的研究文獻(xiàn)大量涌現(xiàn)，其不同時(shí)期研究熱點(diǎn)大致趨勢(shì)是： (1)開發(fā)和應(yīng)用線性多變量控制技術(shù)，自適應(yīng)、自校正控制，預(yù)測(cè)推理控制和魯棒控制算法， 進(jìn)行精餾塔預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)和魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 90 年代以后，開始出現(xiàn)在 DCS 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作和高級(jí)過程控制。 精餾塔的發(fā)展大致經(jīng)歷了下述過程 [2]。 精餾塔控制 的研究現(xiàn)狀 精餾是化工中首選的分離過程，雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是能耗特別大，為節(jié)能，國內(nèi)外已研制出一些節(jié)能型耦合精餾塔：像反應(yīng)與精餾耦合的塔。作為化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的分離過程，精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。 精餾塔是一個(gè)多輸入和多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用響應(yīng)緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而控制要求又大多較高。 DCS。 batch distillation system。 精餾塔控制系統(tǒng)采用 DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，不僅能為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)信息，而 且還能提供主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)畫面，它還具有可靠的多級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，可提示故障點(diǎn)和維修措施，同時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能從宏觀的角度調(diào)節(jié)精餾塔過程控制，使整個(gè)精餾塔系統(tǒng)從整體上協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。重點(diǎn)說明控制系統(tǒng)的組態(tài)、功能和控制策略，并以精餾塔工業(yè)為為例分析了自動(dòng)化技術(shù)在國內(nèi)重要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，闡明了自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中的重要作用。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)化；精餾塔系統(tǒng)； DCS 控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) II Monitoring and Controlling System Design of Distillation Abstract The automated technology has bee the national industry productive forces level an important symbol. The article introduced the industrial automation technology development based on the realtime work control automation technology’s design, started from the Distillation control scheme , introduced process equipment, production process, control process and DCS control system knowledge about the distillation column ， and the distillation control column system involved in instrumentation and DCS controls the basics. The position and functions and control strategy of control system are particular described, and has analyzed the automated technology take the batch distillation and distillation industry as the example in the domestic essential industry dominos application condition, has expounded the automated technology in the industrial development influential role. Using DCS control system in batch distillation system, it not only provide reliable data for the operator ,but also provide dynamic images of the main detecting point, and it also has a reliable multilevel alarm system to hint the failure point and maintenance measures. At the same time, the puter system can also adjust process control of batch distillation from macro angle so that the whole batch distillation system harmoniously runs as a whole to achieve production process automation. The advantages such as flexible control of DCS, multiple functions, the convenient key technical parameters setting and the openandshut interface of the III operating system etc. Will finally make it applied extensively in the rectification device. Practice shows that the system is reliable and stable in operation and is convenient to be operated. This system can be effectively controlled if related parameters are correctly adjusted, which is of great popularization value.