天然氣制甲醇裝置水碳比控制及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)研究

秦川 屈振軍(陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安727500)

天然氣制甲醇裝置水碳比控制及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)研究

秦川 屈振軍(陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安727500)

本文主要分析了以天然氣為原料制作甲醇的生產(chǎn)裝置中合理的控制水碳比。對(duì)水碳比控制的相關(guān)原理、控制方案進(jìn)行分析，從而在實(shí)際的操作中可以起到參考的作用。

水碳比；控制；聯(lián)鎖

在甲醇裝置中，轉(zhuǎn)化爐是重要的部分，如果轉(zhuǎn)化爐不能得到合理的控制，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置能耗量非常大。在轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行的環(huán)節(jié)中，水碳比是非常重要的參數(shù)。如果在裝置運(yùn)行的環(huán)節(jié)中，水碳比過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致蒸汽大量的消耗，如果水碳比過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)效率的下降，甚至?xí)a(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。所以，在操作中完善對(duì)水碳比的控制十分的重要。

1 水碳比控制工藝流程簡(jiǎn)述

天然氣制甲醇的裝置主要借助蒸汽轉(zhuǎn)化的原理，原料天然氣在注入蒸汽后，混合的氣體在轉(zhuǎn)化爐中預(yù)熱，然后進(jìn)入到催化轉(zhuǎn)化爐，在里面進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

2 水碳比控制和聯(lián)鎖

2.1 控制原理

在進(jìn)行水碳比控制的環(huán)節(jié)中，主要分成兩種模式，其一是超前模式，其二是滯后模式。超前模式指的是蒸汽流量的增加速度比天然氣流量的增加速度快。滯后模式主要指的是蒸汽流量的減少的速度比天然氣流量減少的速度慢。在這種控制方式下，在對(duì)水碳比進(jìn)行控制中，蒸汽的總量可以達(dá)到要求，水碳比也在聯(lián)鎖值之上，防止裝置在運(yùn)行中發(fā)生跳車的情況，起到催化劑保護(hù)的效果。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水碳比的精確的配置，蒸汽流量在參與轉(zhuǎn)化反應(yīng)的環(huán)節(jié)中要接受壓力補(bǔ)償，在精確的計(jì)算中，得到水分子的流量。天然氣在參與到轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，也要進(jìn)行溫度和壓力分子量的補(bǔ)償，通過(guò)計(jì)算得到碳分子的流量。將水分子流量和碳分子流量相除，得到水碳比。

2.2 控制方案

在對(duì)水碳比進(jìn)行計(jì)算和控制的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該采用DCS系統(tǒng)，其可以提升水碳比控制的穩(wěn)定性，并且在規(guī)定的事件內(nèi)完成復(fù)雜的控制及參數(shù)的計(jì)算。在超前和滯后的兩種模式下，在進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，水碳比的控制中，蒸汽應(yīng)該比規(guī)定的量要稍微多一點(diǎn)，從而確保水碳比比裝置允許的最小的水碳比要大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)化爐入口處的水碳比的控制。蒸汽在進(jìn)入到轉(zhuǎn)化爐后，還應(yīng)該補(bǔ)加一部分蒸汽，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，還會(huì)產(chǎn)生一些塔副產(chǎn)蒸汽，這時(shí)水碳比會(huì)出現(xiàn)不能控制的情況。因此，在對(duì)水碳比進(jìn)行調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)中，水碳比的控制還應(yīng)該控制好中壓蒸汽流量。

如果水碳比的正常值出現(xiàn)增長(zhǎng)后，應(yīng)該分析正其總量增加的量，由于催化轉(zhuǎn)化爐補(bǔ)加的蒸汽不會(huì)參與到計(jì)算中，所以，在計(jì)算的環(huán)節(jié)中，所有的轉(zhuǎn)化反應(yīng)應(yīng)該減去補(bǔ)加蒸汽的量。當(dāng)水碳比的設(shè)定值出現(xiàn)了降低的情況后，也要確保所需要的蒸汽不會(huì)比所需要的蒸汽總量的最小值小。在減去設(shè)定值，可以發(fā)現(xiàn)所需要的蒸汽總量的最小值在減小，此時(shí)應(yīng)該通過(guò)計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算，從而借助流量調(diào)節(jié)閥對(duì)補(bǔ)加的蒸汽流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。防止蒸氣驟然減少，在水碳比控制的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)限速的調(diào)節(jié)器，從而可以降低蒸汽流量減少的頻率。

如果水碳比的最小值在增加，那么蒸汽總量的最小值也會(huì)出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，如果這時(shí)蒸汽總量的最小值還是處于設(shè)定值，這時(shí)蒸汽系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化。在采用延時(shí)功能后，天然氣的流量也能維持恒定。

2.3 聯(lián)鎖方案

SIS裝置可以實(shí)現(xiàn)水碳比的聯(lián)鎖，為了使SIS裝置的可靠性不斷的提升，在水碳比計(jì)算的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該充分的采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表，這個(gè)儀表與DCS系統(tǒng)的儀表獨(dú)立。SIS裝置是在聯(lián)鎖方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其不參與到控制中，僅僅參與到水碳比的測(cè)量和計(jì)算中，而且起到了聯(lián)鎖保護(hù)的效果。

在催化和轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)中，如果水碳比和總水碳比的測(cè)量值比聯(lián)鎖值低，那么就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置出現(xiàn)聯(lián)鎖停車的情況。SIS裝置系統(tǒng)的水碳比的計(jì)算方法會(huì)與DCS系統(tǒng)相同，在進(jìn)行蒸汽流量計(jì)算的環(huán)節(jié)中，也會(huì)充分的采用壓力補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

SIS裝置的操作具有非常高的權(quán)限，操作人員一般不具有其操作的權(quán)限。在開(kāi)車的環(huán)節(jié)中，天然氣的分子量在設(shè)定的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該充分考慮到系數(shù)的設(shè)定值。

2.4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用效果

在設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，水碳比的控制非常復(fù)雜，而且要面臨著復(fù)雜的計(jì)算，應(yīng)該采用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)。SIS系統(tǒng)在水碳比的聯(lián)鎖保護(hù)中，采用監(jiān)測(cè)儀表的方式，這個(gè)系統(tǒng)與其他的系統(tǒng)獨(dú)立。DCS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水碳比的復(fù)雜的控制，在進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和儀表信號(hào)的分析中，要將信號(hào)傳輸?shù)酵豢刂破髦校赟IS裝置的操作平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)置，并且完善聲光報(bào)警的效果。水碳比控制的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)方案的穩(wěn)定性好，而且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的控制。

3 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行水碳比的控制中，應(yīng)該確保其數(shù)值處于一個(gè)非常平穩(wěn)的狀態(tài)，在生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，水碳比是一個(gè)固定的數(shù)值。在生產(chǎn)中，盡量降低水碳比，起到節(jié)能降耗的效果。

[1]鄭勤.天然氣制甲醇裝置水碳比控制及聯(lián)鎖設(shè)計(jì)[J].大氮肥,2016,39(05):331-334.

[2]易冬梅.根據(jù)反應(yīng)機(jī)理確定轉(zhuǎn)化爐水碳比及其控制方案[J].中氮肥,2013,(05):22-23.

[3]劉高飛,黃文歆,葉東.優(yōu)化甲烷轉(zhuǎn)化工藝與操作提高甲醇產(chǎn)量[J].石油煉制與化工,2006,(09):32-36.