丙烯化反应气体流量扼制及空压机运用

　　1空气流量控制的重要性及特点

　　丙烯氧化是剧烈的放热反应，工艺操作过程具有很高的危险性，工艺操作参数必须控制在狭窄的安全区域内，以有效避开两个工艺操作爆炸危险区：反应器进料混合爆炸危险区；催化剂保护爆炸危险区，操作参数必须在两个爆炸区之外才能保证装置安全运行。加入适量的惰性气体（如水蒸气）能有效抑制反应器氧化反应的剧烈程度。调节混合气体的湿度就可控制惰性气体含量，所以采用空气作为氧化剂，能使工艺操作参数处在爆炸危险区之外，其危险性得到一定程度的降低。采用空气作为氧化剂，可以将反应器温度控制在理想范围内，有效延长了催化剂的寿命，大大提高了装置的运行效益。

　　目前，丙烯酸生产装置普遍采用DCS进行集中监视、控制、操作、报警和管理。采用SIS实现安全联锁，装置运行过程中一旦出现异常必须紧急停车，以保证操作人员和生产设备的安全。操作人员对装置生产的干预也是通过操作DCS来实现的。

　　DCS与SIS相对独立， SIS需在DCS上显示的报警和状态信号采取通信方式传送到DCS上。DCS与SIS紧急停车和联锁有关的信号通过硬接线连接。如果操作参数值进入工艺操作爆炸危险范围，则由SIS逻辑停止氧化反应器系统，并发出一系列逻辑联锁时序信号启/停相关的泵、开/关相应的阀门，使整个装置处于安全状态。

　　丙烯酸生产装置空气流量控制流程。

　　可以看出，为保证空气流量测量的可靠性和准确性，空气总管流量控制系统中设置了双重流量变送器FT 1和FT 2， 2路信号分别进入SIS和DCS用于联锁和显示调节， FT 3是进反应器空气流量变送器。

　　2空气流量温压补偿

　　气体的可压缩性，决定了它的流量测量比液体复杂，气体流量不但与气体密度有关，而且与气体的温度、压力和湿度有关。所以，气体的流量测量普遍存在温压补偿问题。

　　丙烯酸装置中，入反应器的空气流量选用差压式流量测量仪表，在DCS中实现温压补偿计算，计算公式

　　温压补偿后的流量和测量流量； p 1， p 0测量压力和设计压力； A 1， A 0测量湿度和设计湿度； p S， p S0工作状态和设计状态饱和蒸汽压。

　　3空气流量选择控制

　　随着自动控制技术的发展，采用计算机逻辑算法实现选择控制十分方便，丙烯酸装置空气流量选择控制是在装置开车或负荷变化超限时，对相关设备的软保护措施。

　　可以看出，空气流量调节有两个回路FIC 1和FIC 3.装置正常运行情况下，空气流量在压缩机安全流量范围内，通过FIC 3对进气阀FV 3实现空气流量调节，放空阀FV 1处于关闭状态。但丙烯酸装置反应器的升温过程漫长复杂，进反应器的空气流量需要从小到大逐步递增直至达到生产稳定负荷，假定压缩机喘振极限流量是满负荷的30% ，那么在开车过程中，空气流量小于负荷的30%时，需要启动FV 1，这时将FV 3设置全开状态，通过FIC 1对FV 1实现进反应器的空气流量调节。

　　为实现上述功能，可将两套调节回路进行选择控制，在DCS中通过对低选器LS 1的逻辑编辑实现控制目的， DCS的控制模块构建。

　　低选器LS 1可根据负荷状态对应关系在DCS中进行逻辑编辑所列，在这个选择控制系统中，总有1台控制器处于开环状态，这台控制器会出现积分饱和情况，所以要采取必要的防积分饱和措施，目前常用的方法有：限幅法、外反馈法和积分切除法。

　　4空压机防喘振控制

　　丙烯酸装置的空气压缩机是蒸汽透平离心式压缩机，喘振是离心式压缩机固有的特性，每一台离心式压缩机都有自己的喘振区，因为喘振的根本原因是流量太小导致的，所以为了防止喘振现象的发生，可通过打开压缩机的旁路阀或直接将一部分气体放空以维持压缩机的*低流量。但是由于让气体通过旁路或放空都意味着要浪费能源，所以要尽可能准确地确定喘振流量。

　　为了防止压缩机发生喘振，在DCS中安装了防喘振系统。该系统的出口流量控制有两个调节回路：通过FIC 3来调节压缩机入口导叶FV 3，该调节回路给定了压缩机下游的用气负荷，使进气量和出气量保持相对稳定。当装置运行不正常或负荷降低、压缩机下游用气量降低并逐渐接近喘振控制线时， FIC 1开始启动，逐渐打开FV 1，以保证压缩机出口流量不接近喘振控制线，但当用气负荷继续下降达到喘振控制线时， SIS联锁系统被触发，立即发出停止压缩机的指令，并将FV 1全部打开，保护压缩机不受损坏，这是当喘振调节控制失去作用时的*后一个保护压缩机安全的功能。

　　离心式压缩机通过叶轮的高速旋转，把叶轮中心部位的气体靠离心力的作用甩向外缘，使气体获得较高的速度，再通过扩压器将气体的速度能转换成压力能。与此同时，叶轮的中心部位形成了负压区，可将气体连续不断地吸入流道，完成对气体的升压和连续输送过程。

　　反应压缩机性能的主要参数有进气量q V、压缩比p2 / p1、功率N、效率等，文中着重分析离心式压缩机的喘振问题，对于一定的气体而言，在压缩机的转速n一定时，每一流量都对应一个压力，把不同流量下对应的每一个压力连成一条曲线，即为离心式压缩机的性能曲线。丙烯酸装置空压机性能曲线。

　　压缩机不同负荷下出口流量q V与出口压力p 2的关系，当装置要求压缩机的p 2控制在255 kPa，在正常操作情况下，压缩机工作在p线上，流量由3. 15 ！ 10 4 4. 38 ！ 10 4 m 3 / h，即在48% 120%负荷之间调整。看出，压缩机的喘振也是影响压缩机负荷调整宽度的一个重要因素。

　　5紧急事故时的空气流量联锁顺序控制

　　在丙烯酸装置中，反应器逻辑联锁停车由SIS完成，停车顺序控制由DCS完成。当SIS执行逻辑联锁停车时，发出跳车信号给DCS， DCS立即执行停车顺序控制，由于停车是在无法预料情况下发生的，停车瞬间每个阀门的位置是不固定的，因此停车顺序控制的每个控制器均被强制手动，控制器输出值为预先定义的安全值，以支持操作工将整个装置控制在安全状态。

　　SIS执行逻辑联锁停车的主要原因：

　　a）反应器的爆炸计算。包括反应器操作条件的爆炸计算、惰性气体和空气的比例爆炸计算、缺少空气的催化剂保护爆炸计算、防止进入液态水的催化剂保护爆炸计算。操作点参数必须在爆炸区以外。如果操作点参数与爆炸区接触，则由SIS发出逻辑联锁停车信号。

　　b）反应器温度超高。包括反应器顶部温度、底部温度、内部温度、环形通道温度。如果反应器温度达到联锁报警设定值时， SIS发出逻辑联锁停车信号。

　　c）反应器热熔盐泄露。在反应器底部设置熔盐泄露检测系统，当检测系统发出报警信号时， SIS发出逻辑联锁停车信号。

　　d）当压缩机和循环风机故障停车时， SIS发出逻辑联锁停车信号。

　　e）其他。SIS执行逻辑联锁停车的主要动作结果：发出停车信号给DCS， DCS立即执行停车顺序控制；发出现场控制阀开关信号，使现场控制阀立即处于开或关的安全状态；发出重要机泵开停信号，使重要机泵立即处于有利于消除或减轻事故危险的状态。

　　6结语

　　丙烯酸是重要的化工原料，它的生产是一个复杂的化学过程，装置工艺流程长，操作难度大，要求工艺参数控制精度高。装置运行过程中一旦出现异常，必须采取紧急措施，自动化程度要求很高，为此在选择控制系统和控制方案时必须严密谨慎。