甲醇精餾加壓塔控制方案設計及其儀表選型

柏楊進

(東華工程科技股份有限公司，合肥 230024)

隨著我國環境法規制定的日益嚴格和人們環境意識的不斷加強，我國對新建甲醇項目的裝置、儀表及其控制系統的設計與建設都提出了更高的要求。某新建甲醇裝置由于部分輸送介質對環境影響較大，在項目的設計建設過程中對這些流體介質的輸送選用了大量的無泄漏磁力驅動泵，文獻[1]給出了磁力泵運行過程中出現的故障現象并對現場故障和所采取的對策進行逐一剖析。何明珍對某公司的甲醇聯合壓縮機主推力瓦溫度過高而提不起負荷的原因進行了分析，并給出了應對措施[2]。繆嘯華等則基于模糊神經網絡，設計了甲醇合成塔轉化率的軟測量模型[3]。

在某煤化工項目生產中，利用焦爐氣生產甲醇，其甲醇精餾工段采用國內先進的節能型三塔精餾加回收塔裝置。筆者設計了該項目中甲醇精餾工段加壓塔的控制方案，并給出相關儀表的選型及其安裝中的注意事項。

1 工藝流程①

在甲醇精餾工藝流程中(圖1)，包含有預塔、加壓塔、常壓塔及回收塔等大型設備。預塔用來除去粗甲醇中的溶解氣(如CO2、CO及H2等)及低沸點組分(如二甲醚和甲酸甲酯)。加壓塔和常壓塔用于除去水和高沸點介質(如乙醇和高級醇)，同時獲得高純度的優質甲醇產品。另外，為減少廢水排放，工藝中增設了甲醇回收塔，用來進一步回收甲醇，減少廢水中的甲醇含量。

圖1 甲醇精餾工藝流程簡圖

2 控制方案

在整個甲醇精餾單元中，加壓塔和常壓塔是用來去除水及乙醇等高沸點組分不生產精甲醇的，其中常壓塔塔底介質通過加壓塔塔頂甲醇蒸氣來加熱，加壓塔是常壓塔的動力來源[4]。因此加壓塔的穩定控制是整個精餾裝置穩定運行的關鍵。筆者針對加壓塔的控制設計了如圖2所示的控制方案[5]，加壓塔壓力與冷凝器液位控制采用單回路控制方案，加壓塔塔釜溫度控制采用溫度與蒸氣流量的串級控制方案，加壓塔塔釜液位控制采用液位與采出流量的串級均勻控制方案。串級均勻控制的目的是保證加壓塔塔釜采出量(即

進常壓塔進料)穩定，塔釜液位在允許范圍內緩慢變化。

圖2 加壓塔的控制方案

3 儀表選型

在整個甲醇精餾單元的儀表設計中，涉及溫度、壓力、流量、液位及控制閥等儀表的選型。

3.1 溫度儀表

溫度測量元件采用外套管保護，外套管的材質不低于管道或設備材質，管道上的溫度計插入深度2～5″(1寸=33.3mm)。設備上的插入深度一般在300～350mm，但需考慮特殊情況，如設備內是否有阻擋件等。塔盤間的套管插入深度需考慮塔內件與套管的沖突。

3.2 壓力儀表

在甲醇精餾單元中，對于NaOH易結晶介質，需選用隔膜壓力表。壓力微正壓時，需采用膜片壓力表。泵出口壓力選擇耐振型壓力表。常壓塔和回收塔塔釜遠傳壓力測量，考慮介質易凍，宜采用遠傳壓力變送器。

3.3 流量儀表

甲醇精餾工段中所需的流量儀表包括：

a. 節流裝置。利用節流裝置計算軟件對不同的節流裝置類型、取壓方式和工藝條件，進行開孔直徑、β比及前/后直管段等計算，也可通過開孔直徑和工藝條件返算差壓值。一般孔板節流孔徑要滿足d≥12.5mm、0.2≤β≤0.75。在實際選型中，考慮壓差和壓損，一般取0.5≤β≤0.7。標準孔板法蘭取壓時，為保證法蘭厚度，方便開孔，法蘭的公稱壓力等級不低于5.0MPa。

b. 德爾塔巴。德爾塔巴對直管段要求小，因此被用于大口徑流量的測量；同時其壓損較小，節能降耗，在測量蒸氣介質時使用較多。

c. 遠傳轉子流量計。小口徑且不參與控制的流量測量采用遠傳轉子流量計。選型時，需通過樣本中的公式將介質轉換成標況下空氣或水的流量，再選用合適口徑的流量計。

3.4 液位儀表

常規塔設備的液位測量一般選用差壓式液位計。對液位小于1 500mm的設備選用浮筒液位計。堿液槽中為30% NaOH介質，易結晶，因此選用雙法蘭液位變送器。地下槽的液位測量，考慮到地下可能積水，儀表不易維護且易損壞，因此采用頂裝式液位儀表超聲波物位計。

3.5 控制閥

閥開度的計算主要與可調比、選擇的額定Cv值、計算Cv值和流量特性有關。閥門材質的選擇原則是，閥體材質不低于管道材質，閥內件材質則根據介質和工藝條件選擇合適的不銹鋼。在出現閃蒸及汽化等工況時，閥芯和閥座的材質需要考慮硬化處理或其他特殊處理。

4 儀表安裝注意事項

安裝壓力儀表時，對蒸氣和溫度大于60℃的介質，需采用冷凝管；測量脈動壓力時，選用緩沖罐。測量液體或蒸氣壓力時，變送器盡量低于取壓點安裝，使測量管路內不易聚集氣體。測量氣體壓力時，變送器高于取壓點安裝，以利于管道內冷凝液回流至工藝管道。在測量常壓塔和回收塔塔頂的壓力時，考慮到塔頂微正壓，因此采用變送器短安裝的形式。德爾塔巴差壓變送器采用一體式和分體式安裝，介質溫度較高時，采用分體式，防止燙壞變送器；其他介質時采用一體式安裝。差壓變送器高于或低于取壓點的安裝方案與壓力變送器的安裝方案一致。其他需要注意的是，儀表到匯線橋架的電纜為鎧裝電纜，采用斷開式連接；保溫箱的安裝位置要盡量靠墻或柱安裝，避開通道。

5 結束語

針對某焦爐氣制甲醇項目中的甲醇精餾工段，設計其加壓塔的控制方案，并結合規范對該工段中的溫度、壓力、流量、液位及控制閥等儀表選型和安裝進行說明。該項目投運后，甲醇精餾工段的控制系統及其所屬儀表儀表，皆運行良好。

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