樓靈

(中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海 200120)

PTA裝置母液回收自控設(shè)計(jì)性價(jià)比分析

樓靈

(中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海 200120)

從性能價(jià)格角度分析回收單元控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從工藝系統(tǒng)與自動(dòng)化儀表系統(tǒng)一體化考慮節(jié)能減耗降排。以上兩部分都是當(dāng)前設(shè)計(jì)與研究的重點(diǎn)，筆者從自控角度予以分析。

性能價(jià)格比；母液回收；自控工程設(shè)計(jì)；減排

Abstract:From the view point of the ratio of cost to characteristic, the design of control system used in recycling unit was analyzed. Energy saving and emission reduction should be taken into account in both process system and automatic instrument system, and these two parts are the emphasis in current design and research work. In this article, the analysis was carried out in automatic instrument aspect.

Keywords:ratio of cost to characteristic, recycling of base liquid, design of automatic control engineering, emission reduction

1 節(jié)能減排措施性價(jià)比

精對(duì)苯二甲酸(PTA)是重要的石油化工產(chǎn)品，是生產(chǎn)聚酯(PET)的主要原料。而在PTA精制生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生大量的PTA母液，母液中PTA顆粒的存在一方面會(huì)造成資源浪費(fèi)，另一方面增大了母液的COD含量，加劇了水的污染，增加了后續(xù)水處理工藝的負(fù)擔(dān)。以往業(yè)主對(duì)于這部分的處理并不重視，因此，大多是采用直接排放，這樣既不利于環(huán)境又不經(jīng)濟(jì)，該項(xiàng)目是以國(guó)內(nèi)某石化公司PTA裝置改造增設(shè)母液回收系統(tǒng)為背景，以回收原料、脫鹽水，減少污水排放為目的，根據(jù)PTA裝置精制單元的生產(chǎn)實(shí)際及精制單元廢水母液中所含有機(jī)成份分析，利用不銹鋼超濾膜＋連續(xù)離子交換＋反滲透成套技術(shù)對(duì)母液回收及污水處理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，過(guò)濾后母液中的PT酸/PTA顆粒被作為再打漿反應(yīng)物料，過(guò)濾后的濾清液一部分作為溶劑使用，一部分進(jìn)入裝置污水系統(tǒng)，并且外排污水的COD值將大大降低，此外，還可以降低除鹽水使用量，減少外排污水總量，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，如果按每噸PTA可回收3kg計(jì)，則該廠40萬(wàn)t/a的產(chǎn)能預(yù)計(jì)可回收1200 t的PTA，相應(yīng)回收濾清液16萬(wàn)t，減少污水排放16萬(wàn)t，總預(yù)計(jì)每年為企業(yè)增效約800萬(wàn)元人民幣。本裝置投資約為2000萬(wàn)人民幣，相當(dāng)于2～3年即可收回投資成本，由于該技術(shù)裝置廣泛采用了程控技術(shù)，自成系統(tǒng)，因此，操作簡(jiǎn)便，對(duì)于裝置運(yùn)行的人員工作負(fù)荷幾乎沒(méi)有增加。

2 工藝單元簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)主要包括以下工藝單元：

（1）不銹鋼超濾膜單元

（2）連續(xù)離子交換單元

連續(xù)離交工藝過(guò)程可分為以下幾步：

吸附

樹(shù)脂轉(zhuǎn)移

恢復(fù)運(yùn)行

（3）樹(shù)脂再生單元

樹(shù)脂再生經(jīng)過(guò)以下幾步分部完成：

水洗

解析

水洗

樹(shù)脂的轉(zhuǎn)移

待機(jī)

（4）樹(shù)脂再生單元

樹(shù)脂再生單元工藝過(guò)程可分為以下幾步：

吸附

水洗

氫溴酸解析

堿再生

水洗

待機(jī)

（5）催化劑回收單元

（6）反滲透單元

3 自控設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)及儀表

本系統(tǒng)工藝較為復(fù)雜，控制點(diǎn)相對(duì)較多，特別是程控閥門更是達(dá)到約170個(gè)，整個(gè)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)約為600點(diǎn)，考慮原本沒(méi)有相應(yīng)的處理系統(tǒng)，則整套系統(tǒng)都為新增，則新增控制點(diǎn)數(shù)量較大，必然影響到投資，那么，是否可以考慮改為人工手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)操作呢，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序控制操作要求的連續(xù)性，因此，人工手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)操作是不可能的，必須采用系統(tǒng)控制。如果考慮利用原有的DCS進(jìn)行擴(kuò)容，則涉及到的軟硬件改造費(fèi)用預(yù)計(jì)約140萬(wàn)人民幣，這與單獨(dú)為該系統(tǒng)設(shè)置PLC控制系統(tǒng)的軟硬件添置費(fèi)用基本相當(dāng)，但是，如果采用利用原有DCS進(jìn)行擴(kuò)容則會(huì)有兩方面的問(wèn)題：①目前增加此系統(tǒng)的裝置往往為現(xiàn)有裝置改造，如此現(xiàn)有系統(tǒng)是否有足夠的空間為此回收系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，即使有預(yù)留空間，由于回收系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)較多，則在改造后占用大量的預(yù)留為今后其他改造帶來(lái)不便；②該回收系統(tǒng)距離中央控制室比較遠(yuǎn)，如果有裝置DCS進(jìn)行控制就需要將所有信號(hào)接至中控室，這里就需要增加大量的電纜、橋架及施工費(fèi)用。因此，該P(yáng)TA 母液回收系統(tǒng)成套裝置的運(yùn)行通過(guò)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行。所有儀表控制直接由現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)完成，并有光纜通訊至裝置DCS可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。設(shè)備設(shè)計(jì)為三級(jí)控制，第一級(jí)控制為就地控制箱控制，為優(yōu)先級(jí)最高控制，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)處于“就地操作”時(shí)，PLC 的遠(yuǎn)程控制被切斷；第二級(jí)控制為MCC 柜控制，MCC 柜面板每臺(tái)電機(jī)有急停按鈕，在緊急情況下強(qiáng)制停機(jī)；第三級(jí)控制為PLC 遠(yuǎn)程控制，PLC 遠(yuǎn)程控制可以在上位機(jī)界面軟手動(dòng)或PLC 程序控制；當(dāng)就地操作設(shè)為遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制權(quán)上工控機(jī)，由操作人員通過(guò)操作員站遠(yuǎn)程操作所有的現(xiàn)場(chǎng)可控設(shè)備。在上位控制中心設(shè)計(jì)自動(dòng)控制與上位機(jī)操作程控選擇開(kāi)關(guān)，自動(dòng)控制時(shí)，PLC 自動(dòng)控制（利用PLC 的邏輯控制功能提供設(shè)備的自動(dòng)，及關(guān)聯(lián)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，連鎖控制，及閉環(huán)控制）；軟手操作控制時(shí)，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)中央控制（通過(guò)人機(jī)操作界面，對(duì)不銹鋼超濾膜裝置和連續(xù)離交密室移動(dòng)床裝置的每一個(gè)閥和泵能進(jìn)行獨(dú)立的遠(yuǎn)程控制，具備連鎖保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控處理局部停機(jī)事故和緊急狀態(tài)，維持系統(tǒng)總體協(xié)調(diào)并具有遠(yuǎn)程手動(dòng)功能）。

PLC 控制系統(tǒng)由主站（包括CPU 與系統(tǒng)公共部分的I/O 模板）與各個(gè)子站組成，主站與子站之間通過(guò)Profibus 網(wǎng)絡(luò)連接，PLC 與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，并預(yù)留與上一級(jí)系統(tǒng)通訊的以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖

Profibus 是現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域非常流行的一種開(kāi)放式總線標(biāo)準(zhǔn)，是西門子TIA（全集成自動(dòng)化）概念的重要組成部分。Profibus DP 用于實(shí)現(xiàn)分布式I/O 與單元級(jí)控制系統(tǒng)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸功能。

不銹鋼超濾膜進(jìn)出口均設(shè)置壓力變送器，監(jiān)控不銹鋼超濾膜運(yùn)行壓力，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不銹鋼膜恒流量過(guò)濾模式，嚴(yán)格檢測(cè)產(chǎn)水質(zhì)量和流量，并監(jiān)測(cè)進(jìn)料溫度，一旦有條件不能滿足不銹鋼超濾膜裝置的運(yùn)行，自動(dòng)切入到清洗狀態(tài)進(jìn)行清洗。反滲透進(jìn)水總管設(shè)置PH 計(jì)、電導(dǎo)率儀、溫度等在線儀表。一旦進(jìn)水條件超過(guò)設(shè)定值，報(bào)警并停機(jī)。反滲透出水也設(shè)置相關(guān)分析儀表，監(jiān)控反滲透系統(tǒng)的出水水質(zhì)。超濾、反滲透系統(tǒng)控制程序?yàn)樽詣?dòng)化，超濾、反滲透單元運(yùn)行模式既可以是自動(dòng)化模式，也可以是人工操作模式，確保系統(tǒng)的安全。

3.2 控制方案

（1）水泵控制

供水泵、沖洗水泵均根據(jù)相應(yīng)的水箱液位與壓力控制啟停，同時(shí)聯(lián)鎖整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的啟停。反滲透裝置的高壓泵和不銹鋼超濾膜循環(huán)泵進(jìn)口裝有低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)；出口設(shè)壓力開(kāi)關(guān)。當(dāng)供水量不足使高壓泵入口的水壓低于某一設(shè)定值， 會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)停止高壓泵運(yùn)行，保護(hù)高壓泵不在空轉(zhuǎn)情況下工作；當(dāng)系統(tǒng)因其它的原因或誤操作， 使高壓泵或循環(huán)泵的出口壓力超過(guò)某設(shè)定值時(shí)， 高壓泵或循環(huán)泵出口壓力開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)切斷高壓泵供電，同時(shí)停運(yùn)相應(yīng)的反滲透裝置，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備不受損害。

（2）不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交和反滲透系統(tǒng)控制

不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、沖洗、停機(jī)備用等過(guò)程均由PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，每套系統(tǒng)有單獨(dú)的控制柜，采集該系統(tǒng)變送器與分析儀表的所有參數(shù)，并控制該系統(tǒng)的運(yùn)行。

（3）不銹鋼超濾膜、連續(xù)離交和反滲透啟停保護(hù)

不銹鋼超濾膜系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)恒流量控制模式來(lái)控制超濾裝置的運(yùn)行/清洗。當(dāng)反滲透投入運(yùn)行時(shí)，為了防止高壓泵突然啟動(dòng)升壓，產(chǎn)生對(duì)反滲透膜元件的高壓沖擊破壞反滲透膜，該高壓泵采用變頻啟動(dòng)，可以使反滲透膜元件緩慢升壓至一定的壓力。在反滲透停止使用時(shí)，打開(kāi)沖洗閥、濃水端排放閥和產(chǎn)水閥，在低壓條件下利用進(jìn)水對(duì)反滲透膜組件自動(dòng)沖洗3分鐘左右，以避免濃水中的高有機(jī)物污染物在反滲透膜表面沉積結(jié)垢而影響膜的性能。

3.3 儀表選型

（1）閥門：由工藝描述我們可知，由本系統(tǒng)的特點(diǎn)，閥門的數(shù)量很多，約170臺(tái)，是自控投資最大的一塊，因此，如何選擇合適的閥門對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)投資的影響非常明顯。本系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)脫附交換洗滌的過(guò)程，其控制以程控為主，對(duì)于控制精度的要求相對(duì)于主流的石化反應(yīng)裝置其實(shí)是比較低的，本質(zhì)上，這個(gè)系統(tǒng)其實(shí)是一個(gè)水處理的系統(tǒng)，沒(méi)有高溫，高壓，高流速，腐蝕，閃蒸等苛刻工況，對(duì)于閥門沒(méi)有很高的控制精度的要求，沒(méi)有高密封等級(jí)的要求，也沒(méi)有特殊材料的要求，因此，進(jìn)口品牌的閥門和質(zhì)量較好的國(guó)產(chǎn)閥門在這個(gè)系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)基本相當(dāng)。如果按常規(guī)選擇進(jìn)口品牌的閥門，則每臺(tái)閥門平均價(jià)格約為3萬(wàn)元人民幣或者更多，則閥門的總投資至少為510萬(wàn)，而如果選擇國(guó)產(chǎn)閥門則每臺(tái)閥門的平均價(jià)格約為1萬(wàn)元人民幣左右，則閥門的總投資約為170萬(wàn)元，至少相差340萬(wàn)元人民幣，占總投資的17%。最終，本系統(tǒng)選擇了國(guó)產(chǎn)閥門。

（2）變送器：由于變送器在整個(gè)回用系統(tǒng)投資中所占比例較小，再考慮到產(chǎn)品性能及業(yè)主使用習(xí)慣，變送器采用羅斯蒙特3051系列。

（3）分析儀：過(guò)程及分析儀表由于在該系統(tǒng)中比較重要，因此，對(duì)于性能的要求比較高，最終選用橫河產(chǎn)品。

（4）溫度計(jì)：溫度儀表選用用戶常用的國(guó)產(chǎn)品牌。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以國(guó)內(nèi)某石化廠PTA裝置改造項(xiàng)目增設(shè)母液回收系統(tǒng)為背景，從可行性及投資回報(bào)比開(kāi)始，到從性能價(jià)格比角度詳細(xì)討論了自控工程設(shè)計(jì)的問(wèn)題。控制系統(tǒng)和閥門是本項(xiàng)目自控投資最主要的兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分的配置和選擇直接大幅度影響到總投資，同時(shí)，控制系統(tǒng)和閥門又通常是裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在，因此，如何平衡好性能與價(jià)格，就成為了整個(gè)自控工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，既要保證性能又要兼顧投資。此外，該系統(tǒng)的實(shí)施將有效地減少污水的排放，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)有非常重要的意義，就這一方面而言已經(jīng)是無(wú)法用金錢來(lái)衡量。

Analysis of Ratio of Cost to Characteristics for Automatic Control Design Used in Base Liquid Recycling System in PTA Plant

Lou Ling
(SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai 200120)

TQ245

A

1008-455X(2011) 01-0049-03

2010-10-13

樓靈（1981－），男，工程師，從事自控工程設(shè)計(jì)工作。

Tel：021-58366600 E-mail：louling.ssec@sinopec.com.cn