关于乙烯装置新技术改造的探讨

关于乙烯装置新技术改造的探讨

摘要：结合工作实际，针对如何对乙烯装置进行新技术改造进行了探讨。

关键词：乙烯装置；节能；急冷水pH值

石油化工类装置具有产业链长、技术方法差异较大、工艺流程复杂、原料及产品种类繁多、特殊设备应用较多等特点，乙烯工艺为石油化工的中间原料生产链，以石脑油裂解为主体，生产各类石化原料及产品。主要包括乙烯裂解、汽油加氢、芳烃抽提、丁二烯、环氧乙烷、乙二醇、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、丙烯酸及酯、丁辛醇、聚丙烯、苯酚丙酮、双酚A、苯乙烯、丙烯腈、丁苯橡胶、顺丁橡胶、ABS树脂等装置。相对于炼油工艺，乙烯工艺各装置流程差异较大，且同类装置如采用不同的生产流程，其污染源也会有较大不同。以下针对化工生产中遇到的实际问题，探讨一下对乙烯装置的新技术改造。

1乙烯装置管道保温更新节能

保温技术是石油化工企业重要节能技术之一，由于其投资省、见效快、节能效果显著而令人瞩目。特别是近年来，随着企业节能降耗工作的不断深入，强化保温的重要性逐步显现。乙烯装置的保温进行了改造，改造后，管道保温效果明显提高，对装置节能降耗起到了非常重要的作用。

1.1乙烯装置保温改造材料选择及厚度确定

选好绝热材料是保温工程成功的基础。优选绝热材料，应包括评价材料的综合技术性能与经济指标，并对照其最佳使用条件。

绝热材料的好坏取决于其性能。这些性能可以通过各种技术指标进行鉴别。在这些技术指标中，有些是反映材料在使用时状态的，如透气率、含水量、荷重软化温度、耐火性等；而有些是反映材料在使用温度下对外来作用（如热、力、周围介质等）反应的，如导热系数、机械强度等。在材料的各种性能中，有些性能是相互影响的，例如，同一种材料，通常当密度减小时，导热系数也会减少；而含水量增加时，导热系数会大大增大。还应当注意，在实验室条件下测定的技术指标，与工程现场的实际技术指标会有一定的差别。

综合了技术和经济两个方面的因素，决定选择硅酸铝纤维毯为改造的保温材料。

按照“石油化工设备和管道隔热技术规范SH3010-200”规定最大允许热损失量和保温厚度公式计算出管道保温保温层的厚度。据计算结果及现场管道之间距离等实际情况，最终确定高压蒸汽总管保温层厚度为150mm，高压蒸汽支管保温层厚度为100mm～150mm，中压蒸汽总管保温层厚度为150mm，中压蒸汽支管保温层厚度为100mm～130mm。

1.2确保施工质量

选择了保温材料、合理安排了保温改造工作后，保温施工成为改造工程成功与否关键，因此在施工中应特别注意以下几点：

1.2.1严格按施工技术要求进行施工，认真执行“石油化工设备和管道隔热技术规范SH 3010-200”行业标准。

1.2.2施工时间予以保证，严禁只求进度不求质量，杜绝雨天、潮湿天气施工，保护层未做好时，必须落实遮雨布或者防雨淋措施把保温层保护好。

1.2.3保温工程施工中，有专人对工程的施工质量进行监督，实施中间验收等施工管理制度，杜绝不按要求施工工艺和未达到技术要求的现象发生。

2乙烯装置急冷水pH值自动化控制改造

在整个乙烯装置的生产过程中，急冷注碱装置是乙烯产品生产中的重要环节。急冷塔中急冷水的pH值高了会引起乳化，危及安全生产，造成非计划停车；低了会导致换热器的腐蚀，影响装置使用寿命，严重危害生产安全和企业效益。通过采用先进调节控制技术，对急冷水的pH值实施闭环控制，是十分必要的。

2.1工艺状况

急冷塔（DA-104）内急冷水的pH值，在保证不乳化条件下尽可能高一点，会减少与其连通的管路和换热器的腐蚀。

急冷水的pH值受到多方面因素的影响，如产量和原料的含硫量、废碱汽油的含碱量和流量、注碱浓度和流量、工艺水的含碱量和流量等。

废碱汽油的影响最大，在正常工况下，废碱汽油的含碱量和流量是相对稳定的；由于废碱汽油缺乏在线检测仪表，因此，在非正常工况下急冷水的pH值控制应该处于手动运行。

工艺水的流量随投料负荷而改变，但其pH值一直采用手工控制，调整得不够及时；因此会对急冷水的pH值产生影响，考虑其总水量约为急冷水的10%，应该不会造成较剧烈的影响。

原注碱浓度为4%，是通过在20%的碱液兑水稀释而成，全过程采用手工作业，由于对浓度没有进行在线检测，因此波动较大，会对注入流量产生较大影响。

2.2 控制机理

从调节控制原理分析，急冷水的pH值必须解决如下控制难点问题：

2.2.1大滞后

从工艺流程看，通过泵注入的碱液要流过相当数量的用户换热器才能进入塔，时间随流量变化在30-40分钟之间。控制系统必须克服这个大纯滞后的过程。

2.2.2非线性

pH过程是一种极度非线性过程，在控制目标的中性区域尤其明显。控制器必须有相应的控制手段，解决非线性控制问题。

2.2.3耦合

急冷水与工艺水在工艺流程上是相互联系的，急冷水的pH值会直接影响工艺水的pH值，工艺水发生稀释蒸汽后随原料裂解一同返回急冷塔，从而工艺水的pH值又会影响到急冷水的pH值。两者的关系在改造中会得到验证。

2.2.4机理结论

根据上述分析，控制难点恰好是传统控制的缺陷，尤其在多种控制难点叠加在一起，难度是可想而知的。必须采用具有相应对策的先进控制器。

2.3 在线仪表问题

由于急冷水中含有一定的汽油，AI-125在线仪表的显示值与离线化验值存在较大的差异，而且有时甚至不能定性分析，必须更换；该传感器必须具有一定的抗油污能力，起码保证在线与离线样的趋势一致性。改造中采用德国Endrss+Hauser公司CPS11-2BA2ESA探头。其效果为：该探头具有一定的抗油污能力；在线与离线样的pH值存在一定的净差，统计计算约为0.5，但基本趋势保持一致。在线表用标准液标定时，是准确的，但在急冷水中就表现有净差，估计是由于急冷水介质中的成分所致。通过一段时间的使用，该净差基本稳定，因此，在线表可以作为控制依据。

配碱罐增加检测NaOH浓度的在线仪表，保证了配碱浓度的一致性。

2.4 改造方案

2.4.1控制器选型

pH和大滞后调节控制是经典控制中的难题。必须考虑采用先进控制算法解决这个难题。美国通控集团博软公司(CyboSoft，General Cybernation Group Inc.)以无模型自适应控制技术MFA为核心的先进控制产品CyboCon为问题的解决提供了可能。

MFA控制技术和综合智能方法是世界上首套“即插即用”式单变量和多变量自适应控制软件，可控制从简单到复杂的各种工业过程。与传统的自适应控制技术相比，CyboCon的无模型自适应(Model-Free Adaptive－MFA)控制器的实用性非常强。使用者无需进行控制器设计，也不需知道过程精确的数学模型，就可将控制器投入运行。投运时没有辨识过程，即使过程的动态特性有很大变化，也不需重新整定控制器参数。

MFA控制器的核心是一个多层感知器神经网络。MFA神经网络包含一个输入层，一个有N个神经元的隐含层和一个单个神经元的输出层。MFA神经网络通过改变权值（wij和hi）来调整控制器的输出，网络学习的算法是以偏差e(t)最小为目标，这与反馈控制的目标相一致。当过程动态特性发生变化的时候，MFA控制器通过自适应神经元的调整使偏差最小。

基于神经网络的MFA控制器能记忆一部分历史数据，为了解过程动态特性提供有价值的信息。相比之下，数字PID控制器只保留当前的和之前的2个采样数据。因此，PID几乎没有任何记忆能力。这就不难理解，为什么MFA控制器具有更强的鲁棒性和自适应性。

2.4.2控制方案

传感器回路是带有纯大滞后的pH过程。从过程特征分析，滞后时间在30-40分钟，时间常数在1小时以上，τ/T≤1；根据MFA的特性，该过程虽然有纯大滞后，但可以按照非滞后过程控制；同时，对于较长时间常数的pH过程根据实际情况，采用非线性控制器。

参考文献

[1]于喜安. 乙烯装置急冷水pH值自动化控制改造.

[2] 孙波林. 乙烯装置管道保温更新节能效果明显[J].科技致富向导，2010，23.