中石化扬子石化芳烃吸附分离装置移动床控制系统项目

北京康吉森自动化设备技术有限公司

1 项目背景

芳烃和乙烯是石油化工的两大支柱，自上世纪80年代起我国的石化建设突飞猛进，但是关键技术往往需要从国外引进。中国是世界芳烃产品对二甲苯（PX）第一消费大国，但长期没有自己完整的芳烃成套技术，多年以来一直采用巨资引进国外技术的方式建设芳烃生产装置。这里面最重要原因之一就是其中的吸附分离装置有一套极其复杂的模拟移动床控制系统，其核心技术中国人一直没有掌握。

为了突破国外的技术封锁，实现中国石化具有自主知识产权的成套芳烃技术的开发，中国石化集团公司决定以扬子石化公司为试验基地，自主成套芳烃关键技术，研发模拟移动床控制系统（Moving-beds Control System，MCS）。

2 项目实施与应用

吸附分离的核心设备是吸附塔，两个吸附塔分别通过塔底的两台循环泵构成“8”字循环回路，循环泵出口流量在不同区域时会有大幅的变化。由于是全液相密闭系统，一旦控制失灵或信号迟滞将会引起塔压急剧变化，直接导致吸附塔内部分子筛永久性的损坏，损失可达上亿元。目前国际上掌握该技术的只有美国UOP和法国的AXENS两家公司，他们垄断了世界上全部的PX生产技术，所有的控制方案、逻辑算法、工艺模型、关键参数都封装在其ACCS系统（UOP）和SCS系统(AXENS)内部，对外就是一个黑匣子，没有任何公开数据资料可查，相关的现场仪表、控制阀门的重要指标也秘而不宣。

中石化扬子石化芳烃吸附分离装置移动床控制系统项目通过中国石化工程建设公司（SEI）和康吉森强强联手，由专利商和系统集成商共同攻关MCS系统。

2011年9月，芳烃示范装置现场设备安装基本完毕，MCS系统进入现场调试阶段。为了共同的目标，来自不同单位的工程人员通力合作，日夜奋战在芳烃吸附分离示范装置的现场。经过持续测试和对程序的反复修改，MCS系统程序逐步满足了工艺的各项要求，并优化了操作功能。

2011年10月7日，MCS系统在扬子PX示范装置正式投入使用后，立刻取得了非常好的效果：程控阀容错特性优异，192台阀门中的任意一台故障均不影响系统的运行；流量切换响应迅速，时间滞后不到3秒；塔压波动±0.03MPa，大大优于±0.08MPa的原设计值，达到并部分超过了UOP和AXENS同类装置的指标。2011年10月9日开车成功，产品全部合格！

3 项目创新点分析

（1）技术难点的突破

MCS系统研发和设计有两大难点：第一是国外技术壁垒造成研发的参考资料少，相关技术经验也少，只能通过团队长期的探索和不断的实验解决技术问题。第二是系统本身非常复杂。由于试验装置的本身特性决定，本次MCS系统研发的难点还在于必须适应各种复杂的工况：PX和PDEB两种不同的物料、19种操作方案、11个控制回路的参数整定、192台程控阀各不相同的容错特性以及向外冲洗、分时冲洗、切除冲洗等国外没有的技术特点，每一种方案都会影响到其他程序逻辑的设计，系统极其复杂。而上述这些技术要求和指标全部来自一段只有3000字的工艺包说明文字，除此之外再也没有其他任何资料。

MCS攻关组成员经过18个月的不懈努力，克服了各种困难，终于成功编写完全部程序，最终的系统逻辑图共有242页，包括38种函数模型、4484个内部变量、5000多个逻辑模块，编译后的程序语句数超过了36000行。

根据非常有限的工艺说明文字完成整体程序的编写和逻辑关系的梳理，最终实现复杂的控制功能，这是MCS开发团队最重要的技术突破。

（2）工程服务能力的展现

由于MCS系统是第一次应用，没有开车先例，没有经验参数，一切调试都仅依据前期研发的系统控制程序和工艺理论参数。

而且MCS系统控制的主体是纯液相系统，其中压力的控制还没有很好的案例和比较成熟的方案, 装置中吸附塔的塔盘承受的正向和反向压力不同，允许波动范围很小，如果压力超范围波动则有损坏塔盘的危险，上亿元的设备必将损坏，工期也必将延误。

顶着巨大的压力，康吉森的工程师和SEI、扬子石化技术人员一道开始了调试工作。MCS团队依据研发和编程阶段的模拟测试，在现场无介质的状态下对工艺参数、PID进行不断的实验和修改。一个月的调试时间非常有限，调试期间所有团队成员放弃休息，在开车前的一周更是夜以继日的调试。每一个回路都经过了不断的调试、修改、完善直到通过。

作为MCS系统供应商的康吉森，在中国首套自主知识产权芳烃吸附分离示范装置的建设中不仅发挥了供应商应有的作用，而且在研发和调试工作中承担了技术难点攻关的重任，康吉森人对技术的钻研精神和对客户的服务精神在MCS项目中得到了一次集中的体现。

（3）工程执行模式的创新

对于康吉森来说，MCS项目远超越普通工程项目的范畴，更是一次全新工程执行模式的探索。

早在2009年，康吉森就与SEI签署了战略合作协议，双方合作的成功为国内石化领域系统供应商提供了一个全新的合作模式：即工程公司作为专利商牵头，与系统供应商联合研发和推广专有技术的系统应用，共同实践专有技术的工程实施。简单说来，专利商联合供应商，专利技术配合专有系统。这个系统成套模式对于石化领域很多装置，特别是复杂和技术难度大的工段都有很大的益处，从工程模式上保障了专利技术的完整和准确执行。这个模式也是国外专利商经常使用的，但国内主流工程公司和系统供应商合作使用此类系统成套模式尚属起步阶段。

北京康吉森公司工程部成立已经超过十年，工程经验的长期积累和总结为工程技术整体水平的升华打下了坚实的基础。康吉森的工程执行能力也逐步由工程执行者转变为专业领域的技术专家、工程专家，与专利商在特殊系统中的深度技术合作显得如鱼得水。这种工程合作的模式改变了以往的“专利商设计院出图，供应商照做”的老模式，面对石化领域全新的工艺、全新的系统，共同开发和深度合作的创新模式为国内石化行业探索出一条新路。

4 效益分析

从实际运行来看，MCS系统性能可靠，控制平稳，可操作性强，综合性能已经达到目前国际同类技术水平。依靠MCS系统控制的吸附分离过程，在区域切换时吸附塔的最大压差为0.8Bar，各区域流量控制稳定，大大优于同类采用IFP工艺的装置；PX吸附分离运行工况下，吸附塔抽出液和吸余液组成进行归一计算，PX纯度达99.7%以上，收率97%以上，达到了国际先进水平；MCS控制系统中预设了19种不同的工况，在工况切换时，控制平稳，不影响装置产品的正常生产，可操作性强。

装置设计中同时考虑了以乙苯装置副产的混和二乙基苯为原料通过吸附分离过程生产满足对二甲苯吸附分离过程需要的对二乙基苯（PDEB）。2012年4月，示范装置进入到PDEB生产工况，MCS系统进行组态修改后调试并投用，生产出合格的PDEB产品。在装置的运行期间MCS系统运行良好，进出吸附塔各物料流量稳定，泵、压送环路流量在不同区域之间切换迅速、平稳，吸附塔底压力稳定，取得了良好的经济效益。