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1、第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 概述在石油、化工工业中，许多原料、中间产品或粗成 品，往往全是由若干组分所组成的混合物，需要通 过精馏过程进行分离或精制。精馏塔就是用于精馏 过程的重要设备。据统计，在石油和化学工业中， 大约4050的能量消耗在精馏设备中。因此， 精馏塔的控制一直是过程控制领域普遍重视的问题 。精馏塔是个多参数的被控对象。它的通道很多。 它由多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用的 响应缓慢，参数间相互关联，而不同工艺要求下塔 的结构也各不相同且控制要求又较高所有这 些都给精馏塔的控制带来一定的困难。 Date1页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3.1 工艺流程及基
2、本技术指标精馏塔的控制任务及其变量配对关系对精馏塔的控制要求通常为质量指标、产品 产量、及能量消耗三个方西。质量指标是指 使塔顶产品中的轻组分（或重组分杂质）含 量符合技术要求；或使塔底产品中重组分（ 或轻组分杂质）符合技术要求。质量指标是 精馏塔控制中的关键，因此，精馏塔的控制 任务是在保证质量指标的前提下使产品产 量尽量高，能量消耗尽量低。Date2页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 石化一些简单知识乙烯在常温下为无色、易燃烧、易爆炸气体，以 它的生产为核心带动了基本有机化工原料的生 产，是用途最广泛的基本有机原料，可用于生 产塑料、合成橡胶，也是乙烯多种衍生物的起 始原料。裂解的原料
3、烃有气态和液态之分，气 态的有炼厂气、天然气的凝析液，液态的有汽 油、煤油、柴油。原油在高温的裂解炉管内生 成焦炭，不能长期运转，自今未能在工业应用 。 Date3页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图气态原料裂解温度高，乙烯收率高（可达85），操 作方便（裂解管不易结焦），但原料资源少，副产 少。液态原料来源广泛，裂解温度低，收率较低（ 乙烯收率为25 30），但副产物多，便于综合 利用，生产中需定时清除炉管内的焦炭。为减少在 炉管中生成焦炭，裂解原料中加入水蒸气。裂解炉 有多种型式，核心是放在炉膛内成排的炉管，采用 专门的燃烧器向炉管供热。物料离开裂解炉的温度 为850 - 900。Dat
4、e4页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图原料经加热后进入裂解炉，产生的高温裂解气先入 急冷锅炉快速降温（产生的高压水蒸气可带动压缩 机），然后再用冷油和水降温，冷却后的气体进分 离工序。以柴油原料获得的裂解气组成十分复杂， 主要是乙烯，丙烯（合计占45），其余为氢和甲 烷（约10），乙烷和丙烷（约10），碳四馏分 （约10）以及碳五和以上馏分（约20）。少量 有害杂质为水、硫化氢、二氧化碳、乙炔等。通常 采用加压低温精馏的方法分离乙烯及各种有用产物 ，具体工艺流程的安排与裂解气组成及产品纯度要 求有关。 Date5页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图乙烯精溜塔前期部分工艺流程1、干燥器 2
5、、冷箱 3、脱甲烷塔 4、脱乙烷塔 5、加氢脱炔反应器 6、绿油塔 7、乙烯塔Date6页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图乙烯精馏塔进料中 乙烯和乙烷占有 99.5%以上，其余 为甲烷。就相对挥 发度来说，甲烷最 低，乙烯次之，乙 烷最高。对于三种 组分的分离，乙烯 精馏塔采用深冷分 离流程，用带有中 间再沸器和侧线出 产品的乙烯塔，其 工艺流程如图，基 本工艺分析如下：Date7页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图1、由绿油塔来的C2组分从第98块塔板以气液两相混 合进料，由于精馏塔提供了分离空间，实现了气液 两相分离，气相（乙烯及少量甲烷）上升，液相乙 烷下降。 2、液相在向下流动过
6、程中，在每块塔板上与自提馏段 的上升蒸气接触，致使其中的轻组分（乙烯及少量 甲烷）汽化上升，重组分继续以液相下降。越向下 ，重组分的纯度越高。 3、被汽化上升的轻组分中含有部分气相甲烷，在经过 精馏段的每块塔板时与向下流动的乙烯回流液接触 ，致使这一部分甲烷变为液相下降。越向上，轻组 分的纯度越高。Date8页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图4、上升至塔顶的轻组分中为气相的乙烯及少量甲烷， 它们经塔顶冷凝器乙烯冷凝为液相，在分离器中实 现气液分离，甲烷以气相采出，乙烯作为回流液从 第一块塔板处流入精馏塔，流至第八块塔板时侧线 采出，进入乙烯分离器分离后，以液相产品乙烯采 出，分离器上部的气
7、相再次进入精馏塔冷凝分离。 5、塔釜得到产品乙烷，一部分作为液相产品采出，另 一部分由塔釜再沸器加热汽化后作为上升蒸气，用 以提供精馏所需能量。Date9页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图6、为了提高乙烯产品的纯度，在乙烯精馏塔的精馏段 工艺上采用了较大的回流比，这一做法对于精馏段 是有好处的，但对于提馏段并非必要，故乙烯塔中 大多采用中间再沸器回收冷量，以提高上升蒸气量 ，从而达到提高负荷的目的。一般地，进料中乙烯及乙烷占有99.5%以上，乙烯 精馏塔理论上仍为二元体系。该乙烯乙烷二元系统 的自由度为2，因此，在实际工艺中压力和温度是相 互联系的。控制其中一个变量，即可实现对质量指 标的
8、控制，这是设计和实施控制方案的基本依据之 一。 Date10页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3.2 典型控制方案分析乙烯精馏塔管道及仪表流程图如图 ，其主要控制方 案包括中间再沸器液位与侧线加热流体流量的选择 性控制系统、乙烯回流罐液位与乙烯回流流量串级 控制系统、乙烯回流与乙烯产品采出量的比值控制 系统、塔顶冷凝器乙烯排气流量控制系统、塔压控 制系统以及相关变量的显示、记录、联锁和报警等 。各控制回路既相互独立又彼此联系，总体上保证 了工艺的物料平衡和能量平衡，从对各回路变量的 控制要求来看，主要是采用集散型控制系统（DCS） 控制，各主要变量均在计算机屏幕或DCS仪表上显示 记录。
9、 Date11页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图Date12页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 321中间再沸器液位选择性控制系统 乙烯塔中采用中间再沸器E-EA-104产生上升蒸 气。从第105块塔板侧线流出的液相流体流入 中间再沸器壳程，被管程中的裂解气余热加热 汽化后气相流入乙烯精馏塔，从第108块塔板 处进入作为上升蒸气，为精馏塔的物料分离提 供了能量。本段工艺既要保证足够的流量，以 满足上升蒸气的要求，又要保证中间再沸器的 液位不能太低，以保护设备。Date13页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图流量变送器FT-127测量从第105块塔板侧线流出的液 相流体流量，并将信号送
10、到控制器FIC-127，进行运 算后用内部数据线将结果送至选择器FX-127。同时 ，液位变送器LT-111测量中间再沸器液位，并将信 号送到控制器LICA-111，进行运算后用内部数据线 将结果送至选择器FX-127，两路信号选择性输出至 转换器FY-127A转换为气信号，通过电磁阀FY127B 操纵控制阀FV-127。正常情况下进行流量控制，以 满足上升蒸气量的要求。当再沸器中的液位偏低时 ，进行液位控制，以保持中间再沸器正常工作。Date14页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图根据需要，对中间再沸器液位设置了就地指示 （LI-111）和控制室屏幕显示报警（LI-CA-H- L）。另外，
11、再沸器壳程介质裂解气出口温度 需要在控制室进行屏幕显示。电磁阀FY-127B 的联锁信号来自DCS的塔压联锁报警系统PAS -136。Date15页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3.2.2塔顶回流罐液位与回流量串级控制系统乙烯精馏塔的塔顶采出气相乙烯和少量甲烷，它们 被冷凝器冷凝后进入回流器，实现了气液分离。罐 内气相排出为少量乙烯和甲烷。液相为乙烯，经回 流泵E-GA-103A/B打入精馏塔的第一块塔板作为回 流液。本方案中采用了乙烯回流罐液位与回流量的串级控 制系统。回流罐液位过高不利于分离，太低则会出 现空罐的危险。因此，液位是串级控制系统的主变 量，回流量为副变量。由变送器LT
12、-128测得的回流 罐液位信号送至控制室控制器LIC-112运算后，作为 流量控制器FIC-128的外给定，实现了串级控制， FY-128为电气阀门定位器。回流量设置了控制室屏 幕显示，回流罐液位设置了现场显示和控制室屏幕 显示。Date16页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3.2.3 乙烯回流与乙烯采出量比值控制系统精馏塔操作的一个重要指标是回流比，即回流量与 乙烯采出量之比。为了满足这一操作要求，控制方 案中采用了回流量与乙烯采出量的比值控制系统。 从FIC-128引来的回流液流量信号经运算器FFY-128 进行比率运算后作为流量比率控制器FFRC-125的外 给定，此控制器的输出经
13、电气阀门定位器FY-125转 换为气信号后作为控制阀FV-125的输入信号，从而 实现了回流量与采出量的比值控制。回流比设置了 控制室屏幕显示和实时记录。Date17页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3.2.4 塔顶冷凝器乙烯排气流量控制系统乙烯回流罐中的气相为甲烷和部分乙烯，这 些介质被连续排出，作为脱甲烷塔的辅助进 料。为了保证回流罐内的压力稳定，对这些 介质的排出采取了定值控制措施，该控制系 统由流量变送器FT-129、控制器FIC-129、电 气阀门定位器FY-129及控制阀FV-129构成， 乙烯排气量设置了控制室屏幕显示。Date18页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图 3
14、.2.5 塔压控制系统精馏塔是一个二元系，在温度和压力中只要有一个 稳定即可，本方案中采用了以塔压为被控变量，回 流罐的排气量为操纵变量的压力控制系统。另外， 塔压经变送器PT-121、控制器PRC-121后作为高液 位超驰控制系统信号，也是控制塔压的辅助手段。 塔压设置了控制室屏幕显示和记录。Date19页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图在图3-3中，还设置了相关的控制室显示记录，包括 中间再沸器用裂解气出口温度显示TI-125、塔顶采 出温度显示TI-126、塔釜温度显示TI-127、塔顶与 塔釜压力差显示PDI-120、塔釜采出循环乙烷温度显 示TI-129、循环乙烷流量显示FR-1
15、30、乙烯产品采 出温度显示TI-130-1、回流液温度显示TI-132、乙 烯排气温度显示TI-134、乙烯采出成分测量AT-107 和记录ARC-107等。 相关的现场显示要求有塔釜压力显示PI-1010、乙烯 回流泵出口压力显示PI-1012A/B等。 Date20页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图总之，管道及仪表流程图是自控设计中设备 选型和相关设计的基础，正确地识读管道及 仪表流程图有助于对工艺机理的理解和控制 方案的认识，是从事仪表专业人员的基本技 能之一。Date21页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图Date22页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图Date23页第3章 识读乙烯精馏塔管道仪表流程图Date24页
