化工仿真教案.docx

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化工仿真教案

项目四固定床反应器和液位控制单元仿真操作

工作情境描述：

固定床反应器是化工生产中一种重要的反应设备，利用固定床的仿真操作可使学生懂得固定床反应器的特点、分类，学会固定床反应器的开车操作、停车操作并能够对常见故障进行分析和处理。

本项目所针对的工作内容主要是对固定床反应器单元的仿真操作，具体包括：

固定床反应器的特点、工艺流程、开车操作、停车操作、事故处理等环节，培养学生分析和解决固定床反应器操作过程中常见实际问题的能力。

一、工艺流程说明

1.1工艺说明

本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。

乙炔是通过等温加氢反应器除掉的，反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。

主反应为：

nC2H2＋2nH2（C2H6）n，该反应是放热反应。

每克乙炔反应后放出热量约为34000千卡。

温度超过66℃时有副反应。

副反应为：

2nC2H4（C4H8）n，该反应也是放热反应。

冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却水冷凝。

反应原料分两股，一股为约-15℃的以C2为主的烃原料，进料量由流量控制器FIC1425控制；另一股为H2与CH4的混合气,温度约10℃，进料量由流量控制器FIC1427控制。

FIC1425与FIC1427为比值控制，两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器（EH-423）预热，再经原料预热器（EH-424）预热到38℃，进入固定床反应器（ER-424A/B）。

预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽（S3）的流量来控制。

ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应生成C2H6。

当温度过高时会发生C2H4聚合生成C4H8的副反应。

反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。

C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝，而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制，从而保持C4冷剂的温度。

固定床反应器DCS图如图6-1所示，固定床反应器现场图如图6-2所示。

图6-1固定床反应器DCS图

图6-2固定床反应器现场图

1.2本单元复杂控制回路说明

FFI1427:

为一比值调节器。

根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。

比值调节：

工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。

对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。

在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化而改变。

三、固定床反应器单元操作规程

3.1开车操作规程

装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置换后，保压在0.03MPa状态。

可以直接进行实气冲压置换。

3.1.1EV-429闪蒸器充丁烷

（1）确认EV-429压力为0.03MPa。

（2）打开EV-429回流阀PV1426的前后阀VV1429、VV1430。

（3）调节PV1426（PIC1426）阀开度为50%。

（4）EH-429通冷却水，打开KXV1430。

（5）打开EV-429的丁烷进料阀门KXV1420，开度50％。

（6）当EV-429液位到达50％时，关进料阀KXV1420。

3.1.2ER-424A反应器充丁烷

（1）确认事项

反应器0.03MPa保压。

EV-429液位到达50％。

（2）充丁烷

打开丁烷冷剂进ER-424A壳层的阀门KXV1422、KXV1423，有液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A壳层的阀门KXV1425、KXV1427。

3.1.3ER-424A启动

（1）启动前准备工作

ER-424A壳层有液体流过。

打开S3蒸汽进料控制TIC1466.

调节PIC-1426设定，压力控制设定在0.4MPa。

乙炔原料进料控制FIC1425设手动，开度0％。

（2）ER-424A充压、实气置换

打开FIC1425的前后阀VV1425、VV1426和KXV1411、KXV1412。

打开阀KXV1408、KXV1418。

微开ER-424A出料阀kxv1413，丁烷进料控制FIC1425（手动），慢慢增加进料，提高反应器压力，冲压至2.523MPa。

慢开ER-424A出料阀kxv1413，冲压至压力平衡,进料阀应为50％，出料阀开度稍低于50%。

乙炔原料进料控制FIC1425设自动，设定值56186.8KG/H。

（3）ER-424A配氢，调整丁烷冷剂压力

稳定反应器入口温度在38.0℃，使ER-424A升温。

当反应器温度接近38.0℃（超过35.0℃），准备配氢。

打开FV1427的前后阀VV1427、VV1428。

氢气进料控制FIC1427设自动,流量设定80KG/H。

观察反应器温度变化，当氢气量稳定后,FIC1427设手动。

缓慢增加氢气量，注意观察反应器温度变化。

氢气流量控制阀开度每次增加不超过5％。

氢气量最终加至200KG/H左右，此时H2/C2=2.0，FIC1427投串级。

控制反应器温度44.0℃左右。

3.2正常操作规程

3.2.1正常工况下工艺参数

正常运行时，反应器温度44.0℃，压力控制在2.523MPa。

FIC1425设自动，设定值56186.8KG/H，FIC1427设串级。

PIC1426压力控制在0.4MPa，EV-429温度控制在38.0℃。

TIC1466设自动，设定值38.0℃。

ER-424A出口氢气浓度低于50PPm，乙炔浓度低于200PPm。

3.2.2ER-424A与ER-424B间切换

关闭氢气进料。

ER-424A温度下降低于38.0℃后，打开C4冷剂进ER-424B的阀KXV1424、KXV1426，关闭C4冷剂进ER-424A的阀KXV1423、KXV1425。

开C2H2进ER-424B的阀KXV1415，微开KXV1416。

关C2H2进ER-424A的阀KXV1412。

3.2.3ER-424B的操作

ER-424B的操作与ER-424A操作相同。

3.3停车操作规程

3.3.1正常停车

关闭氢气进料，关VV1427、VV1428，FIC1427设自动，设定值为0％。

关闭加热器EH-424蒸汽进料，TIC1466设手动,开度0.0%。

闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100％。

逐渐减少乙炔进料，开大EH-429冷却水进料。

逐渐降低反应器温度、压力，至常温、常压。

逐渐降低闪蒸器温度、压力，至常温、常压。

3.3.2紧急停车

与停车操作规程相同。

也可按急停车按钮（在现场操作图上）。

3.3.3联锁说明

该单元有一联锁，联锁源。

（1）现场手动紧急停车（紧急停车按钮）

（2）反应器温度高报（TI1467A/B>66℃）

联锁动作：

（1）关闭氢气进料，FIC1427设手动。

（2）关闭加热器EH-424蒸汽进料，TIC1466设手动。

（3）闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度100％。

（4）自动打开电磁阀XV1426

该联锁有一复位按钮。

注：

在复位前，应首先确定反应器温度已降回正常，同时处于手动状态的各控制点的设定应设成最低值。

3.4事故设置

3.4.1氢气进料阀卡住

原因：

FIC1427卡在20％处

现象：

氢气量无法自动调节

处理：

降低EH-429冷却水的量

用旁路阀KXV1404手工调节氢气量

3.4.2预热器EH-424阀卡住

原因：

TIC1466卡在70％处

现象：

换热器出口温度超高

处理：

增加EH-429冷却水的量

减少配氢量

3.4.3闪蒸罐压力调节阀卡

原因：

PIC1426卡在20％处

现象：

闪蒸罐压力，温度超高

处理：

增加EH-429冷却水的量

用旁路阀KXV1434手工调节

3.4.4反应器漏气

原因：

反应器漏气，KXV1414卡在50％处

现象：

反应器压力迅速降低

处理：

停工

3.4.5EH-429冷却水进口阀卡住

原因：

KXV30卡在10％处

现象：

闪蒸罐压力，温度超高

处理：

停工

3.4.6反应器超温

原因：

KXV22卡在0％处

现象：

反应器温度超高，会引发乙烯聚合的副反应

处理：

增加EH-429冷却水的量

工作情境描述：

本工作情境为液位控制系统的DCS仿真操作，通过对三个罐的液位及压力的调节，使学生掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关系。

本过程包括：

液位控制系统的冷态开车、正常停车及事故处理三个部分，学习单回路控制系统、分程控制协调、比值控制系统、串级控制系统的操作与控制。

使学生通过仿真实践加深对化工厂单元操作的集散控制系统的原理和操作方法的了解，为今后的学习和工作积累经验。

一.工艺流程说明：

本流程为液位控制系统，通过对三个罐的液位及压力的调节，使学生掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关系。

缓冲罐V101仅一股来料，8atm压力的液体通过调节阀FIC101向罐V101充液,此罐压力由调节阀PIC101分程控制,缓冲罐压力高于分程点（5.0atm）时，PV101B自动打开泄压，压力低于分程点时，PV101B自动关闭，PV101A自动打开给罐充压，使V101压力控制在5atm。

缓冲罐V101液位调节器LIC101和流量调节阀FIC102串级调节，一般液位正常控制在50%左右，自V101底抽出液体通过泵P101A或P101B（备用泵）打入罐V102,该泵出口压力一般控制在9atm，FIC102流量正常控制在20000Kg/h。

罐V102有两股来料，一股为V101通过FIC102与LIC101串级调节后来的流量；另一股为8atm压力的液体通过调节阀LIC102进入罐V102,一般V102液位控制在50%左右,V102底液抽出通过调节阀FIC103进入V103,正常工况时FIC103的流量控制在30000kg/h。

罐V103也有两股进料，一股来自于V102的底抽出量，另一股为8atm压力的液体通过FIC103与FI103比值调节进入V103,比值系数为2:

1，V103底液体通过LIC103调节阀输出，正常时罐V103液位控制在50%左右。

二．本单元控制回路说明

本单元主要包括：

单回路控制系统、分程控制系统、比值控制系统、串级控制系统。

2.1单回路控制回路

单回路控制回路又称单回路反馈控制。

由于在所有反馈控制中，单回路反馈控制是最基本、结构做简单的一种，因此，它又被称之为简单控制。

单回路反馈控制由四个基本环节组成，即被控对象（简称对象）或被控过程（简称过程）、测量变送装置、控制器和控制阀。

所谓控制系统的整定，就是对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。

本单元的单回路控制有：

FIC101，LIC102，LIC103。

2.2分程控制回路

通常是一台控制器的输出只控制一只控制阀。

然而分程控制系统却不然，在这种控制回路中，一台控制器的输出可以同时控制两只甚至两只以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号的范围段，而由每一段信号去控制一只控制阀。

本单元的分程控制回路有：

PIC101分程控制冲压阀PV101A和泄压阀PV101B。

如下图

2.3比值控制系统

在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。

比值控制系统可分为：

开环比值控制