霍尼韦尔ExperionPKS系统在醋酸行业中的应用

摘  要：醋酸是一种重要有机化工原料，主要用于生产醋酸乙烯单体、醋酐、对苯二甲酸(PTA)、聚乙烯醇、醋酸酯类、醋酸纤维素等。在化工、轻纺、医药、染料等行业具有广泛用途。本文综述了Honeywell 第四代DCS系统Experion PKS在醋酸行业中的应用。

关键词：醋酸  PKS系统   控制策略  复杂调节

0.前言

兖矿国泰化工有限公司30万吨/年醋酸装置一氧化碳制备工段及醋酸工段的操作和控制均采用了美国霍尼威尔公司生产的第四代分布式控制系统Experion PKS（过程知识）。该系统主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂（车间）层和企业管理层。过去DCS和PLC主要通过被控对象的特点（过程控制和逻辑控制）来进行划分。但是，PKS系统已经将这种划分模糊化了，它包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，通过混合控制能够实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率运行。

1.醋酸工艺系统简介

1.1工艺流程简介

该工艺采用了西南化工研究设计院自主研发 “甲醇低压液相羰基合成醋酸反应法”。该工艺采用双反应器串联，以铑的羰基络合物为催化活性物质，通过增加一个第二转化反应釜，使第一个反应器内未反应的原料充分反应，降低反应液中的水含量及配合其他反应工程的方法来提高反应深度，同时使容易分解沉淀的铑催化剂转化为能承受加热蒸发时不分解不沉淀的稳定的铑络合物，减少蒸发器母液的循环量和蒸馏工段的负荷，在产出粗酸时采用蒸发流程，大大提高粗醋酸中醋酸的含量，降低了精制和尾气回收系统的负荷。它主要分为醋酸反应工段、精制工段、轻组分回收工段和催化剂制备再生工段四大部分。工艺流程简图如图1所示。

图1 醋酸工艺流程简图

甲醇预热至180℃后，与压缩机来的一氧化碳在2.7MPa压力下进入反应釜底部，在催化剂作用下发生羰基合成醋酸反应。主反应式为： 

     CH₃OH + CO → CH₃COOH       

反应后的液体物料进入蒸发器，减压至0.2MPa左右，闪蒸后气液相分离，含有催化剂的液体沉入分离器底部，再循环打回反应釜中。闪蒸槽顶部的气体(含有醋酸、水、碘甲烷和碘化氢的蒸气)则被送到精制工序，经脱水、脱氢等蒸馏过程，在成品塔侧部踩出的醋酸产品经冷却后送入成品酸储槽。

1.2工艺系统特点及控制难点

醋酸的生产工艺是个塔体连接非常多的系统,调节回路众多,系统的关联性非常强,一个参数的控制的好坏直接影响到其他参数的控制的成败，一个系统的波动可能带垮整个系统,因为其产品醋酸产品的浓度要求非常高,达到99.9%以上,因此对反应温度,以及流量等参数的控制要求非常平稳,合成反应釜中的温度要求180±0.5℃,醋酸蒸发器液位要求达到±1%,还有如果母液的流量控制的非常不稳定,可控性不太好，这些都对控制的精度提出了很高的要求。

1.3工艺对控制系统的要求 

(1)实现各个单元操作的集中监控，包括：温度、压力、流量、液位等物理量的监测与控制,动态参数检测、控制必须准确、可靠，合成反应器的中温要求180±0.5℃,醋酸蒸发器液位要求达到±1%。 

(2)必要的遥控措施,对突发事件如停电等,系统应采取相应的保护措施，确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点（阀门等）实施遥控。 

(3)配置必要的报警和联锁。 

(4)重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。 

(5)可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。 

(6)控制系统操作简单，参数设置、调整方便，便于操作，人性化的操作界面。 

(7)操作员站显示整个生产工艺流程，修改和打印各种有关参数。

2.Experion PKS系统的配置和功能

为了满足工艺过程操作和控制的要求，整个PKS系统的控制机柜、操作站、工程师站、上位监控机、打印机根据实际情况分别布置在两个控制室中，两个控制室之间相距450米左右，通过光缆方式进行通讯。系统配置图见图2（如下）：

图2系统配置图