化工仿真实习软件之精馏系统.docx
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化工仿真实习软件之精馏系统
第八章精馏系统
一、工艺流程简介
脱丁烷塔是大型乙烯装置中的一部分。
本塔将来自脱丙烷塔釜的烃类混合物(主要有C4、C5、C6、C7等),根据其相对挥发度的不同,在精馏塔内分离为塔顶C4馏分,含少量C5馏分,塔釜主要为裂解汽油,即C5以上组分的其他馏分。
因此本塔相当于二元精馏。
工艺流程为:
来自脱丙烷塔的釜液,压力为0.78MPa,温度为65℃(由TI-1指示),经进料手操阀V1和进料流量控制FIC-1,从脱丁烷塔(DA-405)的第21块塔板进入(全塔共有40块板)。
在本塔提馏段第32块塔板处设有灵敏板温度检测及塔温调节器TIC-3(主调节器)与塔釜加热蒸汽流量调节器FIC-3(副调节器)构成的串级控制。
塔釜液位由LIC-1控制。
塔釜液一部分经LIC-1调节阀作为产品采出,采出流量由FI-4指示,一部分经再沸器(EA-405A/B)的管程汽化为蒸汽返回塔底,使轻组分上升。
再沸器采用低压蒸汽加热,釜温由TI-4指示。
设置两台再沸器的目的是釜液可能含烯烃,容易聚合堵管。
万一发生此种情况,便于切换。
再沸器A的加热蒸汽来自FIC-3所控制的0.35MPa低压蒸汽,通过入口阀V3进入壳程,凝液由阀V4排放。
再沸器B的加热蒸汽亦来自FIC-3所控制的0.35MPa低压蒸汽,入口阀为V8,排凝阀为V9。
塔釜设排放手操阀V24,当塔釜液位超高但不合格不允许采出时排放用(排放液回收)。
塔顶和塔底分别设有取压阀V6和V7,引压至差压指示仪PDI-3,及时反映本塔的阻力降。
此外塔顶设压力调节器PRC-2,塔底设压力指示仪PI-4,也能反映塔压降。
塔顶的上升蒸汽出口温度由TI-2指示,经塔顶冷凝器(EA-406)全部冷凝成液体,冷凝液靠位差流入立式回流罐(FA-405)。
冷凝器以冷却水为冷剂,冷却水流量由FI-6指示,受控于PRC-2的调节阀,进入EA-406的壳程,经阀V23排出。
回流罐液位由LIC-2控制。
其中一部分液体经阀V13进入主回流泵GA405A,电机开关为G5A。
泵出口阀为V12。
回流泵输出的物料通过流量调节器FIC-2的控制进入塔顶。
备用回流泵的入口阀为V15,出口阀为V14,泵电机开关是G5B。
另一部分作为产品经入口阀V16,用主泵GA-406A送下道工序处理。
主泵电机开关为G6A,出口阀为V17。
顶采备用泵GA-406B的入口阀为V18,电机开关为G6B,泵出口阀为V19。
顶采泵输出的物料由回流罐液位调节器LIC-2控制,以维持回流罐的液位。
回流罐底设排放手操阀V25,用于当液位超高但不合格不允许采出时排放用(排放液回收)。
手操阀VC4是C4充压阀。
系统开车时塔压低会导致进料的前段时间内入口部分因进料大量闪蒸而过冷,局部过冷会损坏塔设备。
进料前用C4充压可防止闪蒸。
二、流程图说明
1.流程图画面
详见图8-1。
图8-1流程图画面
2.流程图中各设备说明
DA-405脱丁烷塔GA-405A/B回流泵
FA-405回流罐EA-405A/B再沸器
EA-406冷凝器GA-406A/B塔顶产品采出泵
3.手操器
V24塔釜泄液阀V25回流罐泄液阀
VC4C4充压阀
4.开关及快开阀门
V1进料前阀V3EA-405A入口阀
V4EA-405A出口阀V6、V7压差阀
V8EA-405B入口阀V9EA-405B出口阀
V12GA-405A出口阀V13GA-405A入口阀
V14GA-405B出口阀V15GA-405B入口阀
V16GA-406A入口阀V17GA-406A出口阀
V18GA-406B入口阀V19GA-406B出口阀
V23冷却水出口阀N2氮气置换
GY公用工程具备YB仪表投用
5.调节阀
V2进料调节阀V5塔釜采出调节阀
V11再沸器蒸气调节阀V10回流量调节阀
V20放火炬调节阀V21塔顶采出调节阀
V22冷却水调节阀
三、自控系统简介
1.质量调节
本精馏过程的质量调节采用以提馏段灵敏温度作为主参数,以再沸器加热蒸气的流量作为调节参数,这样就组成了一个由灵敏板温度和再沸器加热蒸汽流量的串级调节系统,以实现对塔的间接分离质量控制。
2.压力控制
在正常的压力情况下,由塔顶冷凝器的冷却水量来调节压力(PRC-2)。
高于操作压力0.40MPa(表压)时,改用放空方法控制(PIC-01)。
此种控制称为超驰控制(或取代控制)。
3.液位调节
塔釜液位由调节塔釜的产品采出量来维持恒定。
具有高低液位报警。
回流罐液位由调节塔顶产品送出量来维持恒定,设有高低液位报警。
LIC-1和LIC-2构成本塔物料平衡控制。
4.流量调节
进料量和回流量都采用单回路的流量控制。
再沸器加热介质流量,由灵敏板温度调节和蒸气流量调节构成串级调节系统。
5.报警说明
LIC-1塔釜液位>80%(H)
LIC-1塔釜液位<30%(L)
LIC-2回流罐液位>80%(H)
LIC-2回流罐液位<30%(L)
PIC-1塔顶压力>0.4MPa(H)
TIC-3灵敏板温度<5.0℃(L)
TIC-3灵敏板温度>79℃(H)
PDI-3塔压差>0.1MPa(H)
控制组画面详见图8-2。
四、指示与控制仪表说明
位号名称和量程正常值
TI-1进料温度(0~100℃)65℃
TI-6回流温度(0~100℃)38℃
TI-4塔釜温度(0~200℃)121℃
TI-2塔顶温度(0~100℃)46℃
TI-7冷却水入口温度(0~100℃)30℃
图8-2控制组画面
图8-3指示仪表画面
FH放火炬流量(0~1000kmol/h)0.0kmol/h
PI-4塔釜压力(0~1MPa)0.42MPa
FI-4塔釜采出流量(0~400kmol/h)130kmol/h
FI-5塔顶采出流量(0~600kmol/h)240kmol/h
FI-6冷却水流量(0~400kmol/h)1850kmol/h
FIC-1进料量调节器(0~800kmol/h)370kmol/h
FIC-2回流量调节器(0~800kmol/h)350kmol/h
LIC-1塔釜液位调节器(0~100%)55%
LIC-2回流罐液位调节器(0~100%)55%
PIC-1塔压调节器(高压调节)(0~1MPa)0.40MPa
PRC-2塔压调节器(正常调节)(0~1MPa)0.35MPa
TIC-3灵敏板温度调节器(0~100℃)78℃
FIC-3再沸器蒸气流量调节器(0~800kmol/h)264kmol/h
PI-5蒸气压力(0~1MPa)0.35MPa
TI-5蒸气温度(0~200℃)135℃
AI-1塔顶C5含量(0~1.0%)<0.5%
AI-2塔釜C4含量(0~10.0%)<1.5%
TDI-8塔温差>5℃
PDI-3塔压差0.07MPa
指示仪表画面见图8-3。
五、操作说明
为了提高仿真训练的效率,仿真软件的时间常数设计得比真实系统小,因此运行节奏
比真实系统快得多。
大型工业化精馏塔开车时温度,特别是组分的变化通常较慢,如果按
真实系统设计时间常数,仿真训练时间将拉得很长。
本精馏塔的全部操作和控制都可在流程图画面G1中进行。
1.单塔冷态开车
单塔冷态开车和多塔串联冷态开车在方法上的主要区别是:
单塔开车时允许在进料达到一定的塔釜液位时暂停进料,以便有充分的时间调整塔的运行状态。
而多塔串联冷态开车时,各塔的进料往往是前塔的塔釜或塔顶的出料。
因此进料量仅允许适当减小,但不能停止,否则会干扰相关的塔,导致停车。
精馏塔开车前应当完成如下主要准备工作:
管线及设备试压;拆除盲板;管线及设备氮气吹扫和氮气置换;检测及控制仪表检验与校零;公用工程投用;系统排放和脱水等。
本软件简化为以下①至④步操作。
①开车前的准备工作:
将各阀门关闭。
各调节器置手动,且输出为零。
②开“N2”开关,表示氮气置换合格。
③开“G.Y.”开关,表示公用工程具备。
④开“Y.B.”开关,表示仪表投用。
⑤开C4充压阀VC4,待塔压PRC-2达0.31MPa以上,关VC4,防止进料闪蒸,使塔设备局
部过冷(此步不完成,后续评分为零)。
⑥开冷凝器EA-406的冷却水出口阀V23。
⑦开差压阀V6和V7。
⑧开进料前阀V1。
手动操作FIC-1的输出约20%(进料量应大于100kmol/h),进料经过
一段时间在提馏段各塔板流动和建立持液量的时间迟后,塔釜液位LIC-1上升。
由于进
料压力达0.78MPa,温度为65℃,所以进塔后部分闪蒸使塔压上升。
⑨通过手动PRC-2输出(即冷却水量),控制塔顶压力在0.35MPa左右,投自动。
⑩当塔釜液位上升达60%左右,暂停进料。
开再沸器EA-405A的加热蒸汽入口阀V3和
出口阀V4。
⑾手动开加热蒸汽量FIC-3的输出约20%,使塔釜物料温度上升直到沸腾。
塔釜温度低于
约108℃的阶段为潜热段,此时塔顶温度上升较慢,回流罐液位也无明显上升。
⑿注意当塔釜温度高于108℃后,塔顶温度及回流罐液位明显上升。
说明塔釜物料开始
沸腾。
为了防止回流罐抽空,当回流罐液位上升至10%左右,开GA405A泵的入口阀V13,
启动泵G5A(GA405A),然后开泵出口阀V12。
手动FIC-2的输出大于50%,进行全回流。
回流量应大于300kmol/h。
⒀调整塔温进行分离质量控制。
此时塔灵敏板温度TIC-3大约为69~72℃左右。
缓慢
调整塔釜加热量FIC-3,以每分钟0.5℃提升TIC-3直到78℃(实际需数小时)。
缓慢
提升温度的目的是使物料在各塔板上充分进行汽液平衡,将轻组分向塔顶升华,将重组
分向塔釜沉降。
当TIC-3的给定值升至78℃时,将灵敏板温度控制TIC-3投自动(主调
节器),将FIC-3投自动(副调节器),然后两调节器投串级。
同时观察塔顶C5含量
AI-1和塔底C4含量AI-2,应当趋于合格。
同时注意确保塔釜液位LIC-1和回流罐液位
LIC-2不超限(当塔顶AI-1不合格且LIC-2大于80%,应及时开阀门V25排放。
同理,
当塔釜AI-2不合格且LIC-1大于80%,应及时开阀门V24排放)。
⒁此刻塔顶及塔釜液位通常尚未达到50%,重开进料前阀V1,手动操作FIC-1的输出。
可
逐渐提升进料量,由于塔压及塔温都处于自动控制状态,塔釜加热量和塔顶冷却量会随
进料增加而自动跟踪提升。
最终进料流量达到370kmol/h时将FIC-1投自动。
⒂手动FIC-2的输出将回流量提升至350kmol/h左右,投自动。
⒃塔顶采出:
提升进料量的同时,应监视回流罐液位。
当塔顶C5含量AI-1低于0.5%且
LIC-2达到50%左右时,先开V16阀,开泵G6A(GA406A),再开泵出口阀V17。
手动调
节LIC-2的输出,当液位调至50%时投自动。
⒄塔底采出:
提升进料量的同时,应监视塔釜液位。
当塔底C4含量AI-2低于1.5%且
LIC-2达到50%左右时,手动调节LIC-1的输出,当液位调至50%时投自动。
⒅将塔顶压力调节器PRC-2和PIC-1投超驰(用投串级代替)。
⒆微调各调节器给定值,使精馏塔达到设计工况:
FIC-1370kmol/h
FIC-2350kmol/h
LIC-150%
LIC-250%
TIC-378℃
PRC-20.35MPa
AI-1<0.5%
AI-2<1.5%
2.多塔串联冷态开车
精馏塔开车前应当完成如下主要准备工作:
管线及设备试压;拆除盲板;管线及设备氮气吹扫和氮气置换;检测及控制仪表检验与校零;公用工程投用;系统排放和脱水等。
本软件简化为以下①至④步操作。
①开车前的准备工作:
将各阀门关闭,各调节器置手动,且输出为零。
②开“N2”开关,表示氮气置换合格。
③开“G.Y.”开关,表示公用工程具备。
④开“Y.B.”开关,表示仪表投用。
⑤开C4充压阀VC4,待塔压PRC-2达0.31MPa以上,关VC4。
防止进料闪蒸使塔设备局部
过冷(此步不完成,后续评分为零)。
⑥开冷凝器EA-406的冷却水出口阀V23。
⑦开差压阀V6和V7。
⑧开进料前阀V1。
手动操作FIC-1的输出约20%(进料量应大于100kmol/h),进料经过
一段时间在提馏段各塔板流动和建立持液量的迟后,塔釜液位LIC-1上升。
由于进料压
力达0.76MPa,温度为65℃,所以进塔后部分闪蒸使塔压上升。
⑨通过手动PRC-2输出(即冷却水量),控制塔顶压力在0.35MPa左右,投自动。
⑩当塔釜液位上升达15%左右,开再沸器EA-405A的加热蒸汽入口阀V3和出口阀V4。
⑾手动开加热蒸汽量FIC-3的输出约20%,使塔釜物料温度上升直到沸腾。
塔釜温度低于
约108℃的阶段为潜热段,此时塔顶温度上升较慢,回流罐液位也无明显上升。
⑿注意当塔釜温度高于108℃后,塔顶温度及回流罐液位明显上升,说明塔釜物料开始
沸腾。
为了防止回流罐抽空,当回流罐液位上升至10%左右,开GA405A泵的入口阀V13,
启动泵G5A(GA405A),然后开泵出口阀V12。
手动FIC-2的输出大于50%,进行全回流。
回流量应大于300kmol/h。
⒀调整塔温进行分离质量控制。
此时塔灵敏板温度TIC-3大约为69~72℃左右。
缓慢
调整塔釜加热量FIC-3,以每分钟0.5℃提升TIC-3直到78℃(实际需数小时)。
缓慢
提升温度的目的是使物料在各塔板上充分进行汽液平衡,将轻组分向塔顶升华,将重组
分向塔釜沉降。
当TIC-3的给定值升至78℃时,将灵敏板温度控制TIC-3投自动(主调
节器),将FIC-3投自动(副调节器),然后两调节器投串级。
同时观察塔顶C5含量
AI-1和塔底C4含量AI-2,应当趋于合格。
同时注意确保塔釜液位LIC-1和回流罐液位
LIC-2不超限(当塔顶AI-1不合格且LIC-2大于80%,应及时开阀门V25排放。
同理,
当塔釜AI-2不合格且LIC-1大于80%,应及时开阀门V24排放)。
⒁手动FIC-2的输出将回流量提升至350kmol/h左右,投自动。
⒂塔顶采出:
提升进料量的同时,应监视回流罐液位。
当塔顶C5含量AI-1低于0.5%且
LIC-2达到50%左右时,先开V16阀,开泵G6A(GA406A),再开泵出口阀V17。
手动调
节LIC-2的输出,当液位调至50%时投自动。
⒃塔底采出:
提升进料量的同时,应监视塔釜液位。
当塔底C4含量AI-2低于1.5%且
LIC-2达到50%左右时,手动调节LIC-1的输出,当液位调至50%时投自动。
⒄逐渐提升进料量,由于塔压及塔温都处于自动控制状态,塔釜加热量和塔顶冷却量会
随进料增加而自动跟踪提升。
最终进料流量达到370kmol/h时将FIC-1投自动。
⒅将塔顶压力调节器PRC-2和PIC-1投超驰(用投串级代替)。
⒆微调各调节器给定值,使精馏塔达到设计工况:
FIC-1370kmol/h
FIC-2350kmol/h
LIC-150%
LIC-250%
TIC-378℃
PRC-20.35MPa
AI-1<0.5%
AI-2<1.5%
冷态开车完毕。
3.正常停车
停车前状态及准备同正常工况。
①将塔压控制在0.35MPa,并保持自动。
②手动FIC-1,关进料前阀V1。
③将TIC-3与FIC-3串级解列。
手动减小FIC-3的输出(约关至25%),同时加大塔顶和塔
釜采出。
④当釜液降至5%,停止塔采出。
⑤当回流罐液位降至20%时,停回流,停再沸器加热,停塔顶采出。
⑥关GA-405A出口阀,停GA-405A,关入口阀;关GA-406A出口阀,停GA-406,关入口
阀。
⑦将回流罐液体从底部泄出,将釜液泄出。
⑧手动开大PIC-1输出泄压,手动关PRC-2。
⑨关再沸器入、出口阀,关冷却水出口阀,关压差阀。
⑩待压力泄压至0.0,停车完毕。
4.紧急停车
停前状态及准备同正常工况。
①关FIC-1,关进料前阀。
②立即手动开大FIC-2,使回流量增至415kmol/h左右。
③立即手动减小FIC-3,使蒸气流量减至约222kmol/h。
④如果两个液位不超上限,立即关闭塔顶、塔釜采出。
⑤用蒸气量(FIC-3)和回流量(FIC-2)维持全回流操作,并维持两个液位不超限。
⑥完毕。
六、事故设置及排除
1、停冷却水(F2)
事故现象:
冷却水流量为0.0kmol/h(FI-6)。
塔压升高。
塔顶温度上升。
处理方法:
放火炬保压。
停进料。
关加热蒸气量。
关塔顶采出。
釜液排出。
在此基础上进行完全停车操作。
合格标准:
尽快关进料,并在一定时间内完成停车操作。
2、停加热蒸汽(F3)
事故现象:
水蒸汽断,即加蒸汽流量为0.0kmol/h(FIC-3的输入)。
塔釜温度降低(TI-4)。
灵敏板温度降低(TIC-3)。
塔釜产品不合格。
塔顶产品不合格。
压差、温差减小。
处理方法:
关进料。
停塔顶采出。
压力高时放火炬。
釜液排出。
在此基础上进行完全停
车。
合格标准:
尽快关进料,并在一定的时间内完成停车操作。
3、无进料(F4)
事故现象:
进料量为0.0kmol/h(FIC-2的输入)。
处理方法:
紧急停车。
合格标准:
紧急停车过程操作正确。
4、停电(停动力电)(F5)
事故现象:
由于GA-405A/B、GA-406A/B停转。
回流量为0.0(FIC-2)。
塔顶采出量为
0.0(FI-5)。
处理方法:
关进料阀。
停塔顶采出。
排放火炬维持塔压及回流罐液位。
在以上基础
上进行停车操作。
合格标准:
尽快停进料、停车。
5、无回流量(F6)
事故现象:
回流量逐步降为0.0(FIC-2),回流泵坏。
处理方法:
开备用泵GA-405B及相关阀门。
关泵GA-405A及相关阀门。
合格标准:
尽快按规程开启备用泵GA-405B。
操作顺序正确,系统恢复正常。
七、开车评分信息
本软件设有三种开车评分信息画面。
1.简要评分牌
能随时按键盘的F1键调出。
本评分牌显示当前的开车步骤成绩、开车安全成绩、正常工况质量(设计值)和开车总平均成绩。
为了有充分的时间了解成绩评定结果,仿真程序处于冻结状态。
按键盘的任意键返回。
2.
开车评分记录
图8-4开车评分记录画面
能随时按键盘的Alt+F键调出。
本画面记录了开车步骤的分项得分、工况评分的细节、总报警次数及报警扣分信息。
显示本画面时,软件处于冻结状态。
按键盘的任意键返回。
详见图8-4。
3.趋势画面
本软件的趋势画面记录了重要变量的历史曲线,可以与评分记录画面配合对开车全过程进行评价。
八、开车评分标准
1.开车步骤评分要点
①各阀门及泵开关均关闭,即阀V1、V3和V23,泵G5A、
G5B、G6A和G6B都关闭9分
②氮气置换、公用工程具备且仪表投用,即N2、GY和
YB全开,C4升压完成10分
③进料,即阀V1开,进料量FIC-1>100kmol/h15分
④塔顶冷却,控制塔顶压力为0.35MPa20分
⑤塔釜加热,加热量FIC-3>100kmol/h20分
⑥开回流,回流量FIC-2>300kmol/h25分
总计:
99分
2.正常工况质量评分要点
①365 ②0.415 ③128 ④120 ⑤260 ⑥77.5 ⑦0.05 ⑧345 ⑨45.5 ⑩0.34 ⑾1800 ⑿45% ⒀45% ⒁238 ⒂TIC-3和FIC-3都投自动及串级4分 ⒃PRC-2和PIC-1投自动与超驰(串级代)4分 ⒄0.1% ⒅0.7% 总计: 99分
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