1、 教案用纸项目四 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：nC2H22nH2（C2H6）n
2、，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
3、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
4、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。3.1.1 EV-429闪蒸器充丁烷 (1)确认EV-
5、429压力为0.03 MPa。 (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。3.1.2 ER-424A反应器充丁烷 (1)确认事项反应器0.03 MPa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、KX
6、V1427。3.1.3 ER-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
7、稍低于50%。乙炔原料进料控制FIC1425设自动，设定值56186.8 KG/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80 KG/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200 KG/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
8、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56186.8 KG/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。3.2.2 ER-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
9、的阀KXV1415，微开KXV1416。关C2H2进ER-424A的阀KXV1412。3.2.3 ER-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）。
10、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/B66)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
11、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
12、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
13、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9 atm，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8 atm压力的液体通过调节阀LI
14、C102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30000 kg/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
15、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：PI
16、C101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：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。FFIC104:为一比值调节器。根据FIC1103的流量，按一定的比例，相适应比例调整FI103的流量。对于比值调节系统，首先是要明
17、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。2.4 串级控制系统如果系统中不止采用一个控制器，而且控制器间相互串联，一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值，这样的系统称为串级控制系统。串级控制系统的特点：1、 能迅速地克服进入副回路的扰动2、 改善主控制器的被控对象特征3、 有利于克服副回路内执行机构等的非线性在本单元中罐V101的液位是由液位调节器LIC101和流量调节器FIC102串级控制。四、装置正常操作规程4.1 冷态开车规程：装置的开工状态为V-
18、102和V-103两罐已充压完毕，保压在2.0ATM，缓冲罐V-101压力为常压状态，所有可操作阀均处于关闭状态。4.1.1 缓冲罐V-101充压及液位建立：（1）确认事项：V-101压力为常压（2）V-101充压及建立液位：在现场图上,打开V-101进料调节器FIC101的前后手阀V1和V2,开度在100%。在DCS图上，打开调节阀FIC101,阀位一般在30%左右开度,给缓冲罐V101充液。待V101见液位后再启动压力调节阀PIC101,阀位先开至20%充压。待压力达5ATM左右时,PIC101投自动.4.1.2 中间罐V-102液位建立：（1）确认事项：V-101液位达40%以上V-10
19、1压力达5.0atm左右（2）V-102建立液位：在现场图上，打开泵P101A的前手阀V5为100%；启动泵P101A. 当泵出口压力达10atm时,打开泵P101A的后手阀V7为100%； 打开流量调节器FIC102前后手阀V9及V10为100%. 打开出口调节阀FIC102,手动调节FV102开度,使泵出口压力控制在 9.0atm左右.打开液位调节阀LV102至50%开度.V-101进料流量调整器FIC101投自动，设定值为20000.0kg/h.操作平稳后调节阀FIC102投入自动控制并与LIC101串级调节V101液 位.V-102液位达50%左右,LIC102投自动，设定值为50%.
20、4.1.3 产品罐V-103建立液位：（1）确认事项：V-102液位达50%左右（2）V-103建立液位：在现场图上，打开流量调节器FIC103的前后手阀V13及V14在DCS图上，打开FIC103及FFIC104,阀位开度均为50%.当V103液位达50%时,打开液位调节阀LIC103开度为50%.LIC103调节平稳后投自动，设定值为50%.4.1.4 正常工况下的工艺参数(1) FIC101投自动，设定值为20000.0kg/h.(2) PIC101投自动（分程控制），设定值为5.0atm(3) LIC101投自动，设定值为50%.(4) FIC102投串级(与LIC101串级)(5)
21、FIC103投自动，设定值为30000.0kg/h(6) FFIC104投串级(与FIC103比值控制)，比值系统为常数2.0.(7) LIC102投自动，设定值为50%(8) LIC103投自动，设定值为50%(9) 泵P101A(或P101B)出口压力PI101正常值为9.0 atm(10) V-102外进料流量FI101正常值为10000.0kg/h.(11) V-103产品输出量FI102的流量正常值为45000.0kg/h.4.2 停车操作规程：4.2.1 正常停车：（1）关进料线:将调节阀FIC101改为手动操作，关闭FIC101，再关闭现场手阀V1及V2.将调节阀LIC102改为
22、手动操作，关闭LIC102，使V-102外进料流量FI101为0.0kg/h.将调节阀FFIC104改为手动操作，关闭FFIC104.（2）将调节器改手动控制：将调节器LIC101改手动调节，FIC102解除串级改手动控制.手动调节FIC102，维持泵P101A出口压力，使V-101液位缓慢降低.将调节器FIC103改手动调节，维持V-102液位缓慢降低.将调节器LIC103改手动调节，维持V-103液位缓慢降低.（3）V-101泄压及排放：罐V101液位下降至10%时,先关出口阀FV102,停泵P101A,再关入口阀 V5.打开排凝阀V4，关FIC102手阀V9及V10.罐V-101液位降到
23、0.0时,PIC101置手动调节,打开PV101为100%放空.（4）当罐V-102液位为0.0时,关调节阀FIC103及现场前后手阀V13及V14.（5）当罐V-103液位为0.0时,关调节阀LIC103.4.2.2 紧急停车：紧急停车操作规程同正常停车操作规程。4.3 事故处理培训项目的设置4.3.1 泵P101A坏原因：运行泵P101A停.现象：画面泵P101A显示为开,但泵出口压力急剧下降。处理：先关小出口调节阀开度,启动备用泵P101B,调节出口压力,9.0atm(表时,关泵P101A,完成切换。处理方法：关小P101A泵出口阀V7打开P101B泵入口阀V6启动备用泵P101B打开P101B泵出口阀V8待PI101压力达9.0atm时，关V7阀关闭P101A泵关闭P101A泵入口阀V54.3.2 调节阀FIC102阀卡原因：FIC102调节阀卡20%开度不动作.现象：罐V101液位急剧上升,FIC102流量减小.处理：打开付线阀V11,待流量正常后,关调节阀前后手阀.处理方法： 调节FIC102旁路阀V11开度待FIC102流量正常后，关闭FIC102前后手阀V9和V10关闭调节阀FIC102备注了解流程了解各装置的作用及相应参数的控制与调节讲练结合了解流程
