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1、精馏塔监控系统设计摘 要自动化技术已成为国家工业生产力水平的一个重要标志，本文阐述了基于实时网络控制自动化技术的发展，从精馏塔控制方案入手，介绍与精馏塔相关的工艺设备、工艺流程、控制过程及DCS控制系统常识，讲述了精馏塔控制系统所涉及到的检测仪表及DCS控制装置的基础知识。重点说明控制系统的组态、功能和控制策略，并以精馏塔工业为为例分析了自动化技术在国内重要工业领域的应用状况，阐明了自动化技术在工业发展中的重要作用。精馏塔控制系统采用DCS控制系统进行自动控制，不仅能为操作人员提供可靠的数据信息，而且还能提供主要监测点的动态画面，它还具有可靠的多级报警系统，可提示故障点和维修措施，同时，计算机
2、系统还能从宏观的角度调节精馏塔过程控制，使整个精馏塔系统从整体上协调运行，实现生产过程自动化。由于DCS组态控制灵活、接口功能丰富、参数设置方便，操作界面直观，将在乙烯精馏装置中得到广泛应用。实践表明，本系统运行可靠稳定，操作方便，正确调整有关参数，就能达到较好的控制效果，具有推广价值。关键词：自动化；精馏塔系统；DCS控制系统；计算机控制系统Monitoring and Controlling System Design of Distillation AbstractThe automated technology has become the national industry prod
3、uctive forces level an important symbol. The article introduced the industrial automation technology development based on the real-time network control automation technologys design, started from the Distillation control scheme , introduced process equipment, production process, control process and
4、DCS control system knowledge about the distillation column ，and the distillation control column system involved in instrumentation and DCS controls the basics. The composition and functions and control strategy of control system are particular described, and has analyzed the automated technology tak
5、e 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 reliab
6、le data for the operator ,but also provide dynamic images of the main detecting point, and it also has a reliable multi-level alarm system to hint the failure point and maintenance measures. At the same time, the computer system can also adjust process control of batch distillation from macro angle
7、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 open-and-shut interface of the operating system etc. Will fina
8、lly 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.Keywords: a
9、utomation; batch distillation system; DCS; computer control system目录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 精馏塔控制的研究背景及意义11.2 精馏塔控制发展概况11.3精馏塔控制存在的问题及最新发展2第二章 精馏塔控制的原理和工艺要求42.1 精馏塔分馏原理42.2 精馏塔的控制要求及主要扰动52.2.1 精馏塔的控制要求52.2.2 精馏塔的干扰因数特性62.3 精馏塔的控制目标92.3.1 质量指标92.3.2 产品产量和能量消耗102.4 精馏塔装置的工艺流程12第三章 精馏塔控制方案设计133.1 精馏塔
10、控制方案133.1.1提馏段参数控制143.1.2精馏段参数控制153.1.3精馏塔的温差控制及双温差控制173.2 乙烯精馏塔装置的控制方案203.3 精馏塔工艺因数影响及系统维护243.3.1工艺因数影响243.3.2故障分析及系统维护253.4 仪表选型26第四章 上位机管理软件设计294.1 组太简介294.2 乙烯精馏塔工艺流程画面304.3历史趋势444.3.1创建历史趋势444.3.2历史趋势显示464.4 报警46第五章 结论48参考文献49谢 辞50第一章 绪 论1.1 精馏塔控制的研究背景及意义精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到产品质
11、量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视 1。精馏塔是一个多输入和多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用响应缓慢，参数间相互关联严重，而控制要求又大多较高。这些都给自动控制的实施带来一定困难。同时各塔工艺结构特点又千差万别，这就更需要深入分析工艺特性，进行自动控制方案的设计和研究。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：“过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂” 。作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。但在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往
12、往欠合理，过分离普遍存在 。精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，收效也极为明显。1.2 精馏塔控制的研究现状精馏是化工中首选的分离过程，虽然有许多优点，但是能耗特别大，为节能，国内外已研制出一些节能型耦合精馏塔：像反应与精馏耦合的塔。 精馏与其他分离过程耦合的塔(吸附-精馏耦合、结晶-精馏耦合等)；精馏一精馏耦合的塔：热耦精馏塔；内部热耦合精馏塔；分隔壁精馏塔(Dividing wall column)简称DWC。精馏塔也是一种最常见且消耗能量最大的操作单元。其具有较长死时延滞、相互关联的多变量系统，动态特性分析复杂并困难，难以
13、进行变量配对，约束条件复杂等特点，使其成为过程控制界多年来理论研究和实践的焦点。精馏塔的发展大致经历了下述过程2。1.在80年代以前，主要是常规仪表和计算机数字控制(DDC)，控制算法以各种单一量的PID控制、比值、分程和前馈控制等为主。2.在80至90年代，大型生产装置则采用集散型控制系统(DCS)。在硬件上将回路分散化，数据显示、监督等功能集中化，硬件可靠性大大提高，效果甚好，但在控制算法上无显著改进。3.到90年代以后，开始出现在DCS的基础上实现优化操作和高级过程控制。在硬件上采用上位计算机和下位DCS相结合。在控制算法上，在原PID控制的基础上，出现智能控制、过程控制等一些先进控制方
14、法。使得化工生产中产品质量得到了很大的提高。4.近10年来，有关精留塔控制的研究文献大量涌现，其不同时期研究热点大致趋势是：(1)开发和应用线性多变量控制技术，自适应、自校正控制，预测推理控制和鲁棒控制算法， 进行精馏塔预测控制系统和鲁棒控制系统设计。(2)考虑精馏塔节能， 应用先进控制策略控制精馏塔。近几年来， 对塔两端组份控制及控制系统结构分析综合成为首要研究热点。1.3精馏塔控制存在的问题及最新发展目前，大多数石化生产装置都采用了DCS进行控制，产生了较好的效益，但总的说来，DCS的应用水平不高，其技术优势还远没有完全发挥出来。据专家们估计，当前我国企业对DCS的应用能力普遍不及它的30
15、。这说明在DCS的应用上还存在着很大的不足。主要是DCS仍然是一门新型的控制系统，使用时要考虑它的通融性、方便性、系统配件性等。它技术更新快，应用时要考虑控制系统在技术上是否成熟，是否已有在多个行业、多个用户中成功的使用先例。并且存在一个使用成熟技术与使用先进技术的矛盾。一般而言，新技术诞生时间短，实际应用中的考验少，而成熟技术用起来非常放心，但技术先进性上肯定差一些。此外，DCS提供了强大的运算和控制功能，如TDC3000系统提供了流量累积、温压补偿等十几种算法功能，以及PID控制、比率控制等十几种控制功能。根据工艺要求所提供的控制方案，在保证生产安全的前提下，通过对乙烯精馏塔精馏段温度控制
16、，对比控制方案的优缺点，以达到最优控制，使所研究的问题符合要求，通过上位机软件的设计，完成对乙烯装置的系统主态、历史趋势和实时报警等功能的研究，使整个过程更加直观。第二章 精馏塔控制的原理和工艺要求2.1 精馏塔分馏原理以A、B两种液体混合物的分馏为例，在压力一定的情况下，A、B二种组分混合溶液汽液相温度-浓度曲线如图2.1所示。纯A的沸点是100，纯B的沸点是135.两组分的混合比变化时，混合溶液的沸点也将随之变化，如图中液相曲线所示，图中还标出了温度变化时，汽相组分的变化曲线3。设原溶液中A占20%，B占80%，把A、B混合液加热到124.5时，液体沸腾。这时，于液相共存的气相成分比是A占45.8%，
