胺液再生塔重沸器控制方案的技术改进_董治国

技术创新
《微计算机信息》(测控自动化)2010年第26卷第12-1期控制系统
胺液再生塔重沸器控制方案的技术改进
Amine regeneration tower reboiler control program for technical improvements
(普光气田天然气净化厂)董治国刘虎高艳清申清印
DONG Zhi-guo LIU Hu GAO Yan-qing SHEN Qing-yin
摘要:本文针对普光气田高含硫的天然气净化处理装置,在实际运行后,根据运行状况,对装置的关键设备再生塔重沸器的蒸汽流量控制方案进行改进,将塔底温度与蒸汽流量串级改为胺液入塔与蒸汽流量的双闭环比值控制,使装置的运行更加平稳。

关键词:胺液再生;串级控制;双闭环比值控制
中图分类号:TP273文献标识码:B
Abstract:In this paper,high-sulfur natural gas Puguang gas purification device,in actual operation,based on the operating condi-tions of the installation of key equipment regeneration tower reboiler steam flow control program improvements will tower bottom tem-perature and steam flow cascade changes for the amine into the tower and the steam flow ratio of pairs of closed-loop control to de-vices running more smoothly
Key words:Amine regeneration;Cascade control;Double-loop ratio control
文章编号:1008-0570(2010)12-1-0104-02
1引言
普光天然气净化厂是一座以50%MDEA水溶液为吸收剂,
通过两级吸收塔,采用美国Black&Veatch公司的级间冷却技术,
对高含硫天然气进行脱硫处理的天然气净化厂。

脱硫剂吸收硫
化氢后经闪蒸,再生塔再生后循环利用。

该过程中重沸器蒸汽流
量的控制是整个装置的关键,为了胺液再生达到理想效果,对我
厂对现有再生塔重沸器低压蒸汽流量控制方案进行改进,将塔
底温度与蒸汽流量串级改为胺液入塔与蒸汽流量的双闭环比
值控制,使装置的运行更加平稳。

2重沸器特性分析
在天然气净化处理装置中的胺液是一直循环使用的,要想
保证净化气的质量,胺液的再生效果十分关键,所以重沸器的控
制是整个装置的重中之重。

重沸器是一个能够交换热量,同时有
汽化空间的一种特殊换热器,目前常用的重沸器有釜式、强制循
环式和热虹吸式。

其作用都将塔内液相部分气化后返回塔内,使
塔底保持一定的蒸发量,为传质传热构成提供所需要的能量。

在
我厂使用的是卧式热虹吸重沸器,采用的加热介质为蒸汽,由于
PID控制算法是最为成熟、应用最广泛的一种控制算法,且PID
调节不需要求出控制系统的数学模型,在模拟量控制系统中对
大部分控制对象都有良好的控制效果,所以采用了串级PID控
制,重沸器的控制阀设在其入口蒸汽管线上,通过改变阀后蒸汽
压力,进而改变蒸汽冷凝温度来实现控制的。

当控制阀开大时,
蒸汽流量加大,阀后的蒸汽压力增高,饱和蒸汽的平衡温度上升,
重沸器的传热温差增大,传热速率增大:反之当控制阀关小时,传
热速率降低。

3双闭环比值控制系统
比值控制是前馈控制系统的一种,其主要目的是为了实现
多个参数符合一定比例关系,保证生产能安全运行。

在比值控制
系统中,有一种物料是主导的、不受比值控制系统控制的,称主
动量G1;另一些物料是从属的、受控的,称从动量G2等。

系统控
制的任务是保持G2/G1=K这个比值,即用从动量的改变来适应
主动量达到给定的比值。

双闭环比值控制系统是比值控制的一种,双闭环比值控制
系统工作时,若主动量受到干扰发生波动,则主动量回路对其进
行定值控制,使主动量始终稳定在给定值附近,同时从动量控制
回路也会随主动量的波动进行调整;当从动量受到扰动发生波
动时,从动量控制回路对其进行定值控制,使从动量始终稳定在
定值附近,而主动控制回路不受从动量波动的影响。

因此,因扰
动而发生的主动量和从动量波动利用各自控制回路分别实现
实际值与给定值吻合,从而保证主、副物料流量的比值恒定。

当调节主动量给定值时,主动量控制回路调节主动量实际
值和给定值吻合;同时,根据主动量与从动量的比值及新的主动
量给定值,系统给出从动量控制回路的输入值。

通过从动控制回
路的调节控制使从动量的实际值与该输入值吻合,即从动控制
量的实际值与主动量变动后的数值相对应,保持主动量和从动
量的比值不变。

4当前控制原理及其改进方案
在本厂中使用重沸器的目的是通过控制重沸器的温度使
胺液的再生效果达到理想值。

前面已经简单说明的本厂所使用
重沸器的原理,影响该重沸器温度控制主要有两个因素:饱和蒸
汽、富胺液的循环量。

图1重沸器蒸汽流量串级控制
董治国:助理工程师
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在装置的设计之初,设计方案假设原料气进量稳定,因而胺液能保持稳定的量进行循环,重沸器仅需控制蒸汽的流量即可;同时为了保证再生塔塔顶温度,采用了再生塔塔顶温度和重沸器蒸汽流量的串级控制,通过稳定蒸汽的流量来保证再生塔的再生温度,控制原理图如图1。

但是,在实际生产中,由于采气厂井站压力难以控制,原料气进装置的流量时常波动,同时富胺液是经闪蒸罐闪蒸后进入再生塔,闪蒸罐液位控制方案为液控与入再生塔富胺液流量串级控制方案,闪蒸罐截面积较大时间常数较大,而流量的时间常数较小,在实际生产中闪蒸罐液位的波动会造成入再生塔流量的波动,这样就增加了进入再生塔底温控串级回路主回路的扰动。

而且进入温控主回路的波动即入再生塔胺液流量的波动是影响塔底温度的主要扰动。

由于温度测量存在滞后,时间常数较大,而且控制通道较长,当入塔流量频繁波动时会出现控制不及时,控制质量下降甚至恶化的情况。

生产中就曾经发生过因控制不及时,低压蒸汽过量造成冲塔的现象。

为解决上述问题,一方面要求在操作上要平稳控制富胺液入塔流量,减小其波动;另一方面将再生塔底温度控制方案改为富液流量与低压蒸汽流量的双闭环比值控制方案,该控制系统工作时,若胺液流量发生波动,则胺液流量控制回路对其进行控制,使胺液流量始终稳定在给定值附近,同时蒸汽流量控制回路也会随胺液流量的波动进行调整,有效的防止因蒸汽过量引起冲塔事故的发生;而若仅仅是蒸汽流量受到扰动发生波动时,蒸汽流量控制回路对其进行定值控制,使蒸汽流量始终稳定在定值附近,而胺液流量控制回路不受蒸汽流量波动的影响。

控制方框图如下:
图2重沸器蒸汽流量双闭环比值控制
再生塔重沸器的热负荷包括将酸性胺液加热到沸点的热量,将胺与酸气化合物分解的热量,将塔顶回流液汽化的热量,加热补充水的热量,及热损失。

我厂以0.45MPa 的低压蒸汽为再沸器热源,按本厂再生塔热量衡算,低压蒸汽的耗量为0.11t 蒸汽/t 溶液。

在此控制方案下针对入塔流量频繁波动的工况,加热蒸汽量可以及时跟上入塔胺液流量的变化,能较及时的消除扰动造成的影响,避免出现因控制不及时造成冲塔事故发生的可能性。

5实验仿真
图3蒸汽流量曲线
为了验证改进后的控制方案的控制性能,我们利用厂内的过程系统仿真统平台(PSSP)对系统进行模拟仿真,将改进后的重沸器控制同整个装置一同运行,得到了较好的效果。

仿真图如下使用串级控制时的蒸汽流量,塔顶温度的曲线如：图3，图4
图4塔底温度曲线
使用双闭环比值控制后蒸汽流量,塔底温度的曲线
图5蒸汽流量曲线图6塔顶温度曲线
由仿真器得出的仿真曲线图可以看出,采用了新的控制方案后消除了由于胺液流量的波动而造成的再生塔温度大幅波动,保证了胺液再生质量,也能有效预防了因蒸汽量过大引起的
冲塔事故。

6结论
本文应用双闭环比值控制对对再生塔重沸器进行控制,仿真结果表明该控制方案优于塔底温度和蒸汽流量的串级控制。

该控制虽然放弃了对塔底温度的直接控制,但通过再生塔重沸器热量衡算,得出蒸汽与溶剂的配比值,此配比值有效的保证了再生塔的再生温度;消除了由于胺液流量波动引起的塔底温度波动,同时有效的防止溶剂冲塔事故发生。

在本厂使用该控制方案,减少溶剂的损耗,防止因冲塔引起的装置事故,经济效益约100万元。

本文作者的创新点:对再生塔重沸器采用双闭环比值控制,放弃了温度流量串级控制,不直接控制温度,而是通过溶剂和蒸汽流量的配比保证了再生温度,达到了整体优化的效果。

参考文献
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较差。

锰矿物分布在叠层石柱体和纹层内,呈束状、纤维状和树枝状。

对选矿冶炼和资源的综合利用提供了重要依据。

3.7二次资源回收利用
由于技术水平的限制,我国资源利用率一直很低,一方面造成经济效益降低,同时对生态环境造成了更大的压力。

我国在资源开采和利用过程中产生的废弃物存在很大的利用价值,称之
为二次资源。

硼泥是硼化工产业主要垃圾,近年来因为环境污染等问题使人们注意到硼泥的综合利用价值和潜在的发展空间。

大连理工大学孙博通过TEM 等多种手段对硼泥制取的氢氧化镁进行了分析表征。

图5为不同陈化温度(TEM)观察氢氧化镁结晶性能表明:25℃陈化形成的产物晶型不完整、生长不完全,在陈化温度为50℃的条件下形成的产物有规则晶型,较为完整。

图5陈化温度对氢氧化镁结晶性能的影响
a:冻化温度25℃;b:陈化温度50℃
4结语及展望
4.1结语
TEM 已应用于矿物加工与利用学科的多向领域。

其应用
涵盖工艺矿物学研究、选矿理论与技术研究、非金属矿物加工与利用研究、煤炭深加工、矿物复合材料加工、矿产资源综合利用、二次资源综合利用等多项工程技术的学科新领域,随着矿物加工工艺高效、洁净化,矿物分选方法多样化,注重矿产资源综合利用开发与利用,TEM 将被更广泛应用于矿物加工与利用的各个领域。

4.2展望
基于TEM 分倍率高、可观察矿物形貌及结构等特点,在观
察粉体表面改性中研究聚合物与矿物粉体结合状态将会具有意义。

同时,TEM 将会对浮选过程中微细矿物的润湿作用、矿物与药剂的双电层、矿浆中药剂的吸附作用等作进一步分析。

另外,TEM 将对生物选矿中活性生物细胞对无机微细矿物的吞噬浸出及矿物细粒在活性生物作用下形貌及结构变化作直观表征,为生物选矿的发展提供强大科技支持。

TEM 还会对矿物复合材料进行形貌观察、物相分析、晶体结构观察等进行分析,助力矿物深加工领域科学研究。

本文作者创新点:本文综述了透射电子显微镜在矿物加工与利用中的应用情况。

对透射电子显微镜在矿物加工与利用中的应用前景做出展望。

参考文献
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[13]沈继忱,沈学强.控制系统可靠性评估方法[J].微计算机信息,2010,4-1:41-43。

作者简介:刘威(1985—),男,辽宁沈阳人,在读硕士,主要从事矿产资源综合利用研究。

任瑞晨:(1958—),男,辽宁工程技术大学,硕士,教授,研究方向:矿产资源综合利用方面。

Biography:LIU Wei (1985—),male,LiaoningShenyang,Liaoning Technology University,Graduate students in reading,research area:Comprehensive utilization of mineral resources.
(123000辽宁阜新辽宁工程技术大学资源与环境工程学院)
刘威任瑞晨
(College of Resource and Environment Engineering,Liaoning Technology University,Fuxin 123000,China)LIU Wei REN Rui-chen
通讯地址:(123000辽宁阜新细河区中华路47号147信箱)
刘威
(收稿日期:2010.06.07)(修稿日期:2010.09.07)
(上接第105页)
[4]普光天然气净化厂净化装置操作手册2008
[5]普光天然气净化厂普光天然气净化厂数据手册2009
作者简介:董治国(1976-),男(汉),河南柘城人,毕业于石油大学信息工程专业,助理工程师。

刘虎(1976-),男(汉),湖北竹山人。

毕业于中原油田石油学校炼油工艺专业,助理工程师。

高艳清(1982-),女(汉),山东潍坊人,毕业于河南科技大学,助理工程师。

申清印(1963-),男(汉),中原油田炼油厂常减压技师。

Biography:DONG Zhi -guo (1976-),male (Chinese),Henan Zhe Cheng,graduated from the University of Petroleum and Information Engineering,assistant engineer,had worked in the oilfield chemical industry group,natural gas treatment plant,Puguang natural gas purification plant.
(63615四川达州达州市普光气田天然气净化厂)董治国刘虎
高艳清申清印
(Puguang Gas Field Natural Gas Purification Plant,Si Chuan,Da zhou,63615,China)DONG Zhi-guo LIU Hu GAO Yan-qing SHEN Qing-yin
通讯地址:(636156四川达州市宣汉县土主乡普光天然气净化厂生产管理中心406室)董治国
(收稿日期:2010.04.29)(修稿日期:2010.07.29)。