PTA装置母液回收自控设计性价比分析

楼灵

(中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120)

PTA装置母液回收自控设计性价比分析

楼灵

(中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120)

从性能价格角度分析回收单元控制系统的设计，从工艺系统与自动化仪表系统一体化考虑节能减耗降排。以上两部分都是当前设计与研究的重点，笔者从自控角度予以分析。

性能价格比；母液回收；自控工程设计；减排

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 节能减排措施性价比

精对苯二甲酸(PTA)是重要的石油化工产品，是生产聚酯(PET)的主要原料。而在PTA精制生产过程中将产生大量的PTA母液，母液中PTA颗粒的存在一方面会造成资源浪费，另一方面增大了母液的COD含量，加剧了水的污染，增加了后续水处理工艺的负担。以往业主对于这部分的处理并不重视，因此，大多是采用直接排放，这样既不利于环境又不经济，该项目是以国内某石化公司PTA装置改造增设母液回收系统为背景，以回收原料、脱盐水，减少污水排放为目的，根据PTA装置精制单元的生产实际及精制单元废水母液中所含有机成份分析，利用不锈钢超滤膜＋连续离子交换＋反渗透成套技术对母液回收及污水处理系统进行自动化控制，过滤后母液中的PT酸/PTA颗粒被作为再打浆反应物料，过滤后的滤清液一部分作为溶剂使用，一部分进入装置污水系统，并且外排污水的COD值将大大降低，此外，还可以降低除盐水使用量，减少外排污水总量，具有很好的经济效益和社会效益，如果按每吨PTA可回收3kg计，则该厂40万t/a的产能预计可回收1200 t的PTA，相应回收滤清液16万t，减少污水排放16万t，总预计每年为企业增效约800万元人民币。本装置投资约为2000万人民币，相当于2～3年即可收回投资成本，由于该技术装置广泛采用了程控技术，自成系统，因此，操作简便，对于装置运行的人员工作负荷几乎没有增加。

2 工艺单元简介

本系统主要包括以下工艺单元：

（1）不锈钢超滤膜单元

（2）连续离子交换单元

连续离交工艺过程可分为以下几步：

吸附

树脂转移

恢复运行

（3）树脂再生单元

树脂再生经过以下几步分部完成：

水洗

解析

水洗

树脂的转移

待机

（4）树脂再生单元

树脂再生单元工艺过程可分为以下几步：

吸附

水洗

氢溴酸解析

碱再生

水洗

待机

（5）催化剂回收单元

（6）反渗透单元

3 自控设计

3.1 控制系统及仪表

本系统工艺较为复杂，控制点相对较多，特别是程控阀门更是达到约170个，整个系统的I/O点数约为600点，考虑原本没有相应的处理系统，则整套系统都为新增，则新增控制点数量较大，必然影响到投资，那么，是否可以考虑改为人工手动现场操作呢，由于系统的复杂性和程序控制操作要求的连续性，因此，人工手动现场操作是不可能的，必须采用系统控制。如果考虑利用原有的DCS进行扩容，则涉及到的软硬件改造费用预计约140万人民币，这与单独为该系统设置PLC控制系统的软硬件添置费用基本相当，但是，如果采用利用原有DCS进行扩容则会有两方面的问题：①目前增加此系统的装置往往为现有装置改造，如此现有系统是否有足够的空间为此回收系统进行扩容，即使有预留空间，由于回收系统的点数较多，则在改造后占用大量的预留为今后其他改造带来不便；②该回收系统距离中央控制室比较远，如果有装置DCS进行控制就需要将所有信号接至中控室，这里就需要增加大量的电缆、桥架及施工费用。因此，该PTA 母液回收系统成套装置的运行通过PLC自动控制系统进行。所有仪表控制直接由现场PLC系统完成，并有光缆通讯至装置DCS可实现远程监控。设备设计为三级控制，第一级控制为就地控制箱控制，为优先级最高控制，当现场开关处于“就地操作”时，PLC 的远程控制被切断；第二级控制为MCC 柜控制，MCC 柜面板每台电机有急停按钮，在紧急情况下强制停机；第三级控制为PLC 远程控制，PLC 远程控制可以在上位机界面软手动或PLC 程序控制；当就地操作设为远程控制时，控制权上工控机，由操作人员通过操作员站远程操作所有的现场可控设备。在上位控制中心设计自动控制与上位机操作程控选择开关，自动控制时，PLC 自动控制（利用PLC 的逻辑控制功能提供设备的自动，及关联设备的联动，连锁控制，及闭环控制）；软手操作控制时，由监控计算机中央控制（通过人机操作界面，对不锈钢超滤膜装置和连续离交密室移动床装置的每一个阀和泵能进行独立的远程控制，具备连锁保护功能，实现宏观调控处理局部停机事故和紧急状态，维持系统总体协调并具有远程手动功能）。

PLC 控制系统由主站（包括CPU 与系统公共部分的I/O 模板）与各个子站组成，主站与子站之间通过Profibus 网络连接，PLC 与监控计算机通过工业以太网连接，并预留与上一级系统通讯的以太网接口，系统结构形式如图所示。

系统结构配置图

Profibus 是现场总线领域非常流行的一种开放式总线标准，是西门子TIA（全集成自动化）概念的重要组成部分。Profibus DP 用于实现分布式I/O 与单元级控制系统之间的高速数据传输功能。

不锈钢超滤膜进出口均设置压力变送器，监控不锈钢超滤膜运行压力，通过压力调节实现不锈钢膜恒流量过滤模式，严格检测产水质量和流量，并监测进料温度，一旦有条件不能满足不锈钢超滤膜装置的运行，自动切入到清洗状态进行清洗。反渗透进水总管设置PH 计、电导率仪、温度等在线仪表。一旦进水条件超过设定值，报警并停机。反渗透出水也设置相关分析仪表，监控反渗透系统的出水水质。超滤、反渗透系统控制程序为自动化，超滤、反渗透单元运行模式既可以是自动化模式，也可以是人工操作模式，确保系统的安全。

3.2 控制方案

（1）水泵控制

供水泵、冲洗水泵均根据相应的水箱液位与压力控制启停，同时联锁整个系统设备的启停。反渗透装置的高压泵和不锈钢超滤膜循环泵进口装有低压保护开关；出口设压力开关。当供水量不足使高压泵入口的水压低于某一设定值， 会自动发出信号停止高压泵运行，保护高压泵不在空转情况下工作；当系统因其它的原因或误操作， 使高压泵或循环泵的出口压力超过某设定值时， 高压泵或循环泵出口压力开关会自动发出信号切断高压泵供电，同时停运相应的反渗透装置，保护系统设备不受损害。

（2）不锈钢超滤膜、连续离交和反渗透系统控制

不锈钢超滤膜、连续离交系统和反渗透系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均由PLC 实现自动控制，每套系统有单独的控制柜，采集该系统变送器与分析仪表的所有参数，并控制该系统的运行。

（3）不锈钢超滤膜、连续离交和反渗透启停保护

不锈钢超滤膜系统根据设计恒流量控制模式来控制超滤装置的运行/清洗。当反渗透投入运行时，为了防止高压泵突然启动升压，产生对反渗透膜元件的高压冲击破坏反渗透膜，该高压泵采用变频启动，可以使反渗透膜元件缓慢升压至一定的压力。在反渗透停止使用时，打开冲洗阀、浓水端排放阀和产水阀，在低压条件下利用进水对反渗透膜组件自动冲洗3分钟左右，以避免浓水中的高有机物污染物在反渗透膜表面沉积结垢而影响膜的性能。

3.3 仪表选型

（1）阀门：由工艺描述我们可知，由本系统的特点，阀门的数量很多，约170台，是自控投资最大的一块，因此，如何选择合适的阀门对于整个系统投资的影响非常明显。本系统是一个循环脱附交换洗涤的过程，其控制以程控为主，对于控制精度的要求相对于主流的石化反应装置其实是比较低的，本质上，这个系统其实是一个水处理的系统，没有高温，高压，高流速，腐蚀，闪蒸等苛刻工况，对于阀门没有很高的控制精度的要求，没有高密封等级的要求，也没有特殊材料的要求，因此，进口品牌的阀门和质量较好的国产阀门在这个系统中的性能表现基本相当。如果按常规选择进口品牌的阀门，则每台阀门平均价格约为3万元人民币或者更多，则阀门的总投资至少为510万，而如果选择国产阀门则每台阀门的平均价格约为1万元人民币左右，则阀门的总投资约为170万元，至少相差340万元人民币，占总投资的17%。最终，本系统选择了国产阀门。

（2）变送器：由于变送器在整个回用系统投资中所占比例较小，再考虑到产品性能及业主使用习惯，变送器采用罗斯蒙特3051系列。

（3）分析仪：过程及分析仪表由于在该系统中比较重要，因此，对于性能的要求比较高，最终选用横河产品。

（4）温度计：温度仪表选用用户常用的国产品牌。

4 结束语

本文以国内某石化厂PTA装置改造项目增设母液回收系统为背景，从可行性及投资回报比开始，到从性能价格比角度详细讨论了自控工程设计的问题。控制系统和阀门是本项目自控投资最主要的两个部分，这两个部分的配置和选择直接大幅度影响到总投资，同时，控制系统和阀门又通常是装置平稳、高效运行的关键所在，因此，如何平衡好性能与价格，就成为了整个自控工程设计的重点，既要保证性能又要兼顾投资。此外，该系统的实施将有效地减少污水的排放，对于环境的保护有非常重要的意义，就这一方面而言已经是无法用金钱来衡量。

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

楼灵（1981－），男，工程师，从事自控工程设计工作。

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