甲醇精餾工藝自動控制系統的應用

劉 蕓

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

粗甲醇的一般由水、甲醇、其他有機雜質組成，而對粗甲醇提純的基礎主要為待提純粗甲醇、溫度、濕度等的穩定的平衡狀態，只有這三項處于穩定的平衡狀態才能保證粗甲醇提純工作的順利完成，以求用最經濟的條件獲得最多量的精甲醇。而在實際生產過程中，一般都難以控制其他兩項，都是用粗甲醇來調節提純系統的平衡狀態，在進行這種操作的同時還要保證其他兩相條件保持不變，由此可見難度之大。

1 自動控制系統概述

某公司主要以生產保險粉(Na2S2O4)為主，其中保險粉的不合格母液主要成分即為粗甲醇，為達到降低生產成本，同時減少環境污染的目的，該公司對不合格母液(粗甲醇)進行提純操作，得到精甲醇用以重復生產使用。但限于公司原有生產線上的自動控制機械數量不足，不能對新增加的粗甲醇提純工作進行監測，于是對國內現在有的粗甲醇提純工作監測手段進行調查。調查發現目前國內對粗甲醇提純工藝過程的控制手段主要有兩種。一種為常規型，即對生產過程中的甲醇精餾工藝各種儀表信息進行及時掌控跟蹤，屬于人工型，主要為手動操作，耗費人工量大，對一些生產規模較小的單位和生產線較為適用；還有一種對粗甲醇提純工藝過程的控制手段為DCS監控系統[1]。

兩種控制手段各有利弊，第一種控制手段的缺點主要為利用人工量多，由于監控點分散，需要使用的儀器眾多，因此出現故障的概率也較大，而由于為人工操作，因此連動能力有限，導致處理問題的效率有待提高且人工費用較大，不利于業主的投資控制；第二種控制手段的缺點主要是一次性投入過多，且DCS 監控系統對能源的耗費量大，對相關的所有硬件要求都很高，同時由于是高科技系統、專業性強，對相關操作人員的素質要求也非常高，只有專業的人員才能進行更好的操作，使儀器的利用率達到最大。DCS 監控系統引入國內已久，最早始于20世紀七八十年代，隨著科技的不斷進步與發展，DCS 監控系統也在不斷進步。經過調查比對，一種以PLC為主的監制系統控制方式以其特有的優勢而被應用到生產中來。

2 自動控制系統的工作原理

甲醇在精餾過程中會因為各種各樣的原因導致其對監控技術監控的空白，為盡量避免這種問題的出現，企業要做到將PLC、HMI進行有機結合，以求用較低的成本獲得最大的利用效果，另外通過將PLC、HMI進行有機結合，可獲得常規DCS 監控系統，使DCS 監控系統在監控方面發揮正常作用，甚至能夠發揮超出現在邏輯水平的作用[2]。

2.1 控制反應器溫度

反應器作為控制工藝的關鍵部分，生產水平直接影響生產安全與產品質量，壓力控制和工藝參數直接取決于產品質量。從現實反饋的信息來看，確保反應溫度的平穩性一直是重點，運行期間，若不能迅速逸出反應熱，很可能因為內部正反饋，讓反應溫度迅速升高，甚至難以控制。從圖1反應器控制系統流程圖可以看出。進料系統流量控制的平穩性直接影響著反應溫度，所以需要通過橢圓齒輪、質量流量與流量定值進行控制，然后自動控制反應物料，以此保障反應溫度的穩定性。對于工藝特點，從控制角度的方面分成過渡、溫度升壓、恒壓恒溫。運行期間，對精度要求最大的是恒壓恒溫，并且是整個反應的重點。為減少因為溫場帶來的誤差，使用A級別的WZPK測溫，它具有質量穩定、衡量精確、反應迅速、周期長等特點。Ptl00信號針對的是蒸汽調節閥，4 mA～20 mA針對的是循環水調節閥。

圖1 反應器控制系統

針對該項目中的反應器，因為容量大、熱效應強等優勢，很容易影響傳熱效果，利用內溫一夾套溫度與單回路控制很難滿足要求，如果使用DCS進行控制很好地克服了該問題，改善了控制精度。

為此，要進行合理的配置。該項技術的技術主控器為PLC，對甲醇精餾過程進行監控，由技術主控器PLC進行方案與過程的控制，同時執行數據相關的操作，包括數據處理、數據記錄、數據分析、數據發送等，通信、邏輯聯鎖等操作也均交由PLC執行，而所有數據的顯示、操作過程、各種參數值的設定及警報系統等的相關顯示工作均由顯示器完成，而所有想要進行輸出的工作，由打印機完成。

3 自動控制系統的工作流程

自動控制系統的實施旨在為人們的生產和生活提供方便與快捷，對甲醇精餾工藝的自動控制操作系統在實施過程中的主要功能如下。

1) 要做好甲醇精餾工藝的操作首先要保證甲醇精餾工藝的順利進行，而對粗甲醇提純的基礎主要為待提純粗甲醇、溫度、濕度等的穩定的平衡狀態，只有這三項處于穩定的平衡狀態才能保證粗甲醇提純工作的順利完成。因此，自動控制系統的首要任務就是對生產過程中的各種溫度、濕度、壓力、流量、PH等眾多參數進行采集工作，同時利用PLC系統中的顯示器對所有需要進行顯示的數據進行顯示，并由計算機保留所采集到的各種參數數值至少28 d的時間，作為歷史比對數據進行長期的數據積累分析。

如圖2 DCS液位串級控制示意圖所示，T001與T002是化學反應的展現，兩個搭間，進料與出料一直有關聯作用，以此達到串聯控制的要求。連鎖控制則是為了保護設施，避免設備故障和其他損害[3]。事實上，連鎖控制更多的是通過運算邏輯達成。就更改調節閥、切斷電磁的角度來看，操作人員必須及時切除報警裝置，以確保正常應用。

圖2 DCS液位串級控制示意圖

2) 在自動控制系統中添加手動控制。手動操作系統中有手動操作的優勢，雖然比較耗費人力，且對問題的監控存在弊端，但是手動操作系統中也有很多自動控制系統中沒有的優勢，如：在進行手動操作的過程中，相關技術人員可以充分利用自己的經驗，對各類儀器進行調試，對各種參數進行設置，也能夠對各種突發問題做出本能的解決方法，在最短的時間內提出可行的解決方案。在自動控制系統中添加手動控制，能夠彌補各自系統中的不足之處，二者相輔相承，以PDI過程參數進行輔助，使提純粗甲醇、溫度、濕度等三項系統處于穩定的平衡狀態，保證生產過程[4]。

3) 自動控制系統的PID自動控制的實現，主要依賴于各種操作參數的輸入設置。相關技術人員要根據工藝特點、儀器特點等，結合自身豐富的工作經驗與相關實測數據，將操作參數進行輸入設置，輸入各項參數后，自動控制系統便會自動進行PID自動控制，包括精餾塔底溫度的控制、原料流入量的控制等等[5]。

4) 甲醇在精餾的工作過程中要求提純粗甲醇、溫度、濕度等三項系統處于穩定的平衡狀態，而在精餾塔內蒸汽的存在會對精餾塔內的溫度產生很大的影響。為了使蒸汽對精餾塔內的溫度的影響最小，通常采用的調節方法是將溫度與流量進行串級回路的方式。在這種調節回路系統中，通常以溫度調節器為主，流量調節器為輔，將溫度調節器確定后的輸出值作為流量調節器輸入的確定值，兩個調節器共同工作，保證工作的順利完成。這此種串級回路調節系統當中，系統調節結果的準確性有賴于工程的整體性，大多數情況下，時間常數大小不同，一般流量副環的時間常數要比流量副環以外的時間常數大，對于滯后時間也是一樣，流量副環的滯后時間要比流量副環以外的滯后時間大。不僅如此，波動頻率在主環與副環中的大小也不同，且差距還比較大，對于這種狀況，首先要斷開主環，即放開主調節器，重新設定副調節參數。這就使調節系統從自動系統變換到手動系統中來，而副調節器卻仍然能夠保證進行獨立工作。

5) 自動控制模式系統與手動控制模式系統中，系統的共性之一就是都會對安全性能要求高的對象進行聯鎖控制，在甲醇在精餾的工作過程中，系統會通過壓力設定指標而自動調節蒸氣注入量；通過控制殘液的排出而調節塔底的溫度設定。在這一階段，為保證儀器生產的正常進行，系統會拒絕接受人工輸入的參數，只有在恢復正常后，人工的輸入參數才能起到相應的命令作用。

4 結語

粗甲醇提純的基礎條件為待提純粗甲醇、溫度、濕度等處于穩定的平衡狀態，只有這三相處于穩定的平衡狀態才能保證粗甲醇提純工作的順利完成，操作要求較強，本文通過對甲醇精餾工藝自動控制系統的應用問題進行了分析與闡述，以期能夠為今后的甲醇精餾生產工作提供一定的借鑒與參考。