酮苯滤机自动温洗的设计及应用

酮苯滤机自动温洗的设计及应用

陈洁

北京博大开拓热力有限公司北京100176

摘要：酮苯装置脱蜡滤机温洗是非常复杂的过程，现场手动操作对产品质量和节省人工成本都非常不利。本文论述了酮苯装置脱蜡滤机现场人工温洗的现状和存在的问题，根据存在的问题提出了人工现场温洗、远程手动温洗方案和全过程全自动温洗的三种设计方案,然后以浙江中控的DCS为平台，通过逻辑顺控程序，实现滤机自动温洗的全过程，并分析了自动温洗方案投用后对产品和效益的影响已经改造后可能存在的一些弊端。

关键词：滤机；温洗；顺控

前言：

化工装置自动控制应用程度的高低，不仅是自控技术发展水平进步的标志，也是生产装置解放劳动力，提高产品质量和生产效率的体现。随着科学技术的发展，公司化工生产装置控制逐步由原来的人工操作，气动模拟调节器，到数字调节器，再到当前的分散集中控制和现场总线控制，这些控制系统的更新换代充分体现了科学技术的进步，劳动生产率的提高。但也有部分化工生产装置，仪表控制依然还停留在上世纪80年代的水平，当时DCS尚未普及、多数控制回路还是单回路、APC几乎未得到应用。操作依然还是现场人工操作控制，这不但大大降低了设备的使用效率，而且产品质量也很难提高，另外也无法让操作人员摆脱繁重的体力劳动，无法有效解放劳动生产力。例如酮苯装置脱蜡滤机的生产操作，目前还是靠操作人员对上百台阀门进行现场人工机械操作控制，这样既耗用了很大的人工成本，同时也达不到对产品的精确控制，很难提高产品质量和效益。

1工艺过程简述

润滑油馏分油必须经过脱蜡加工才能得到低温流动性良好的润滑油。炼油三厂酮苯装置利用糠醛精制油为原料，采用结晶脱蜡,将润滑油馏分经过冷冻降温处理,使油中的高凝点组分结晶析出,再通过滤机抽真空方式把油和结晶析出的蜡分开的过程，分离后的蜡油作为基础油原料送白土装置，分离出来的蜡饼作为石蜡加氢装置的原料或者去蜡成型车间加工成蜡板。脱蜡滤机过滤效果直接影响脱蜡油的收率及下游产品的质量。

脱蜡过滤系统是完成油、蜡分离的功能,分离效果直接影响着产品质量和后续工艺流程。炼油三厂酮苯装置由19台滤机，分三个部分组成。其中轻油滤机6台，重油滤机6台，脱油一段滤机4台,脱油二段滤机3台。三个部分之间相互独立运行。滤机运转一段时间后,滤布上就会有一层薄薄细小结冰蜡以及蜡的混合物，还有难以溶解的杂质，当出现这种情况时，就会产生以下多种情形：过滤速度降低；大量流失掉冷洗溶剂；蜡饼颜色变黄；蜡饼不均匀，并在滤鼓上有明显的裸露点。为了恢复正常工作效率,滤机要定期进行温洗,将滤布堵塞的蜡颗粒和冰粒溶化,使滤机恢复正常工作。

每台滤机的过滤系统均有4台调节阀和4台气缸阀，以滤机301为例,即:低部真空调节阀（KV-6301C）、中部调节真空阀（KV-6301D）、高部调节真空阀（KV-6301E）、进料调节阀（LV-6301）、冷洗气缸阀（KV-6301A）、温洗气缸阀（KV-6301B）、高部二次真空气缸阀（KV-6301F）和残液气缸阀（KV-6301G）。平时操作人员通过滤机视窗口查看转鼓表面蜡饼挂靠情况和经验来决定温洗时间间隔，一般4个小时左右就要温洗一次。每台滤机温洗步骤如下:

1)首先关闭进料调节阀（LV-6301）,待滤机液位降到最低处时,依次关闭低、中、高3个部分的真空阀,打开放残液阀（KV-6301G）。

2)关闭冷洗阀（KV-6301A）,待滤机蜡饼全部脱落时,开温洗溶剂阀（KV-6301B）2～5min。

3)打开二次真空气缸阀（KV-6301F）,保持转鼓温洗两圈即可,关闭温洗溶剂阀门,打开冷洗阀,冷却转鼓一圈之后,喷淋3～5min，关闭二次真空气缸阀（KV-6301F）,关闭放残液阀（KV-6301G）。

4)打开进料阀（LV-6301）,待液面上升到20％左右时,依次打开低、中、高3台真空阀,开始正常运行。

滤机的温洗流程图如图1所示，每台滤机运行4个小时左右就要人工现场手动操作以上阀门，整个流程操作完成大概要15分钟左右。平时正常生产中大概有15台滤机在投入使用，15台滤机人工温洗的工作量可想而知，是非常繁重的、简单重复的体力劳动。

2目前现场人工操作控制的缺点

在以上人工操作步骤中，人为操作最大影响因素是残液未放干净会影响产品质量和平稳操作，造成质量波动；热溶剂温洗时间太短会造成温洗不彻底，反之则会增加系统的负荷，破坏原有的真空系统平衡；由于液位测量比较困难、测量系统故障较多，致使人员操作误差较大，导致系统失去平衡。为此，通过设计自动温洗来消除人为影响因素，提高装置生产平稳率和脱蜡油收率。

为实现自动温洗控制功能，节约人工成本,提高脱蜡油的收率，2012年6月，公司委托武汉一家设计院对酮苯装置的19台滤机进行自动温洗功能改造设计。发展研究中心负责该工程的实施。

3自动温洗控制方案的设计

对于化工装置，安全生产始终是第一位的，所以在考虑自动温洗控制方案时充分考虑了各种工况下的控制可行性，具体分现场手动控制、中控室远程手动控制和中控室远程自动控制三种方案。

3.1人工现场温洗方案

当生产过程中有意外情况发生时,现场操作人员能够手动操作现场每台阀门。而且有阀门开关状态的回讯信号。紧急情况下,现场操作人员可以把开关打到手动位置,通过手摇对气缸阀操作。并且现场每台滤机都装有一个按钮和一个指示灯。按钮的功能是请求现场控制,当此按钮按下时,DCS上相关的滤机画面、顺控程序都会做出反应,以提醒中控室操作人员,滤机现在由现场人员操作。指示灯的功能是提示现场操作人员,此台滤机是否由中控室控制。

3.2远程手动温洗方案

设计的第二套控制方案是由中控室操作人员在DCS操作站上对每台滤机的每台阀门远程手动操作进行温洗。在DCS操作站上设有手动/自动切换软按钮，操作人员可以通过该按钮进行手/自动切换控制。滤机的每台气缸阀的开关信号、反馈信号都定义为开关量输入、输出点,阀的开关状态都可以在流程图画面上显示，并通过对监控画面的操作实现对现场阀门的控制。为了操作方便,组态时可以把同一台滤机的多个开关量输出点可以组态到一个操作组中。

3.3自动温洗方案

自动温洗是控制方案的核心,这个方案可以实现的功能是:中控室的操作人员指定单台滤机自动温洗;DCS会记录滤机连续运行时间，当连续运行时间达到规定的时间时（经验值为4个小时），该滤机就会通过程序控制进行自动温洗。要实现自动温洗,就要用到DCS的程序设计编程，目前DCS控制功能非常强大，可以通过软件编程，实现特殊的控制功能，而且大多数DCS都支持模块化编程，特别适合于多个同类设备控制程序编制的情况。

自动温洗有很多优点，例如：

1)排除过滤机温洗人为不利因素，平稳过滤系统操作，从而提高整个装置的平稳率。

2)提高温洗效果及脱蜡油收率，增产增效。

3)减少操作工劳动强度，提高工作效率，为减度与温洗前温度的比较选择了较为合适的喷淋时间，在解决温洗时间和喷淋时间的同时，还需要考虑过滤机的转速。

4自动温洗控制的步骤设计

由于滤机温洗过程中人为因素较多，仪表测量困难较大，因此要设计一个很标准的温洗过程显然有很大的难度。通过较长时间对每次温洗效果的试验摸索，找出了一个较好温洗效果的温洗过程。

4.1自动温洗控制设计中关键技术问题分析

4.1.1滤机液面测量：由于滤机正常运行中的物料流动性较差，其液面的测量常常出现较大误差。为了能准确测量该液面，在控制上可以采用双法兰测液位，另外采用冲洗溶剂对引压管进行反吹防止引压管被蜡堵塞。通过以上改进，基本可以消除液面的测量误差，从而避免了因液面测量不准而引起温洗步骤执行中断或者影响温洗效果的情况。

4.1.2温洗、喷淋时间的确定：温洗时间是温洗效果的决定性因素，而喷淋时间决定着产品质量和溶剂的消耗。通过查看过滤帆布表面腊的结晶厚度情况找出了较为合适的温洗时间。在解决温洗时间和喷淋时间的同时，还需要考虑过滤机的转速。所以该时间的确定需要操作人员长时间的现场操作总结出来的经验值。

4.1.3真空度的控制：在实际生产中真空度过大、过小都会对过滤效果产生不利的影响，因此控制真空度是必需的。采取对真空阀进行手动控制的措施，通过气缸阀开度的控制来达到控制真空度的目的。

4.1.4阀门结构及安装要求：由于施工过程中，酮苯装置是不停工的，所以施工现场不允许动火作业，但150多台多年的现场手动阀门必须更换成远程控制的仪表自控阀，在订自控阀门时就要要求厂家根据实际现场测量手动阀门法兰间距进行加工订做。同时在施工前也根据实际情况准备不同厚度的短节，保证汽缸阀与管线间密封性。另外，由于介质比较特殊，含蜡浓度比较高，黏度大，特别是调节阀实际操作中容易被卡住，为防止卡塞现象发生，根据茂名石化公司酮苯滤机自动温洗的成功案例，我们选用无锡卓尔的V型球阀。该阀座后背设计蝶形弹簧使阀座与阀板密封面保持一定的弹簧预紧力，蝶形弹簧与阀座之间增加垫圈及垫环是保证阀座外圆无泄漏。当阀板关闭时阀芯向下位移蝶形弹簧力增加，同时当流体介质压力增高时，流体会推动阀座压向阀板，从而增加了密封力确保阀座与阀板密封处泄漏量减小。蝶形弹簧只要很小的预紧力就可使阀门达到泄漏要求。减少了阀板与阀座工作时的疲劳磨损，并可补偿密封面的磨损，提高阀门使用寿命。此结构可防止进料时低温结蜡引起的阀板与阀座卡死。

4.2自动温洗程序设计

考虑节省项目投资成本，可以采用浙江中控的DCS系统，自动温洗程序框图如图2所示。

5自动温洗控制方案的实现

为节省投资，该项目选用国产的控制系统。仪表设备定货时充分考虑了该项目的投资和厂家在同种工况下的业绩情况，如浙江中控的DCS系统、无锡工装的切断阀、无锡卓尔的调节阀等，这些厂家的设备已经在茂名石化公司酮苯滤机自动温洗项目上安全运行了2年。控制系统的配置主要包括2面控制柜，2面安全栅柜和1面电源柜。一台工程师站，两台操作站，共计AI60点、AO93点、DI310点、DO96点。下面就以轻油滤机301为例简单介绍一下自动温洗控制方案的实现。

5.1控制信号定义

由于滤机控制复杂，涉及的阀门比较多，所以涉及到的I/O点也比较多，单台滤机（以滤机301为例）涉及到的I/O点如下表：

5.2控制功能的实现

整个自动温洗过程通过浙江中控ECS-100系统实现，通过对现场数据的采集，经过逻辑运算，对相应的阀门发出开关指令，采集和控制周期为0.5s，考虑到各台滤机的运行与控制过程大体相同，专门编制了对应的温洗程序control2、ST_time、ST_LT三个子程序，以方便调用，提高编程效率。减少编程错误，在保证程序正确性的同时还可方便现场调试。下面详述3个子程序的功能；

5.2.1Control2:

该程序为实现整个温洗程序的核心子程序，该程序具备以下功能：

实现自动温洗的生产过程，滤机的一键启动；

在检修状态下对滤机进行保护，避免误操作；

紧急状态下，对滤机进行急停操作；

程序执行步序输出，可以在画面上直观显示自动过程。

5.2.2ST_time：

此程序为滤机启动和自动温洗的控制实现提供时间参数。程序对主程序的执行进度进行判断后，输出主程序需要的时间参数，方便主程序执行调用相应的时间参数。该程序可以实现以下功能：

程序时间设置；

延时关三台真空阀时间设置；

温洗时间设置；

冷洗时间设置；

冷洗后深度脱蜡时间设置；

脱蜡饼时间设置；

开进料阀后延迟时间设置；

开三台真空阀间隔时间设置；

开温洗阀后，开高部真空阀间隔时间设置；

温洗等待时间。

5.2.3ST_LT:

该程序是辅助程序，主要是实现对滤机在不同时间段和程序段的液位控制设置，另外通过该程序实现对排污罐及排污泵的联锁控制，确保液位不被抽空。

5.3操作人机界面的组态

通过流程图绘制，可以把过程监控点显示在流程图上，也可以通过流程图与下层I/O变量或中间变量的联接，实现对控制的操作。滤301的操作画面如图4所示。

6自动温洗的应用效果

2012年6月，酮苯装置在正常生产的情况下，已经陆续完成了6台滤机自动温洗项目的更新改造，并且自动温洗一次投用成功，经过2个多月的运行，取得了很好的经济效益。如果19台滤机全部自动温洗改造改造后主要经济效益如下：

1）、脱蜡油收率因投用自动温洗而提高了1．0％，每年可增收520万元。

2）、投用温洗物料罐可有效避免温洗操作对去蜡油凝固点的影响，提高产品合格率，按照每年减少影响凝固点次数12次计算，可增产合格去蜡油1920吨，按照去蜡油与催化料价格差2000元/吨计算，可增效384万元。

3）、降低职工劳动强度，同时消除人为因素对滤机温洗效果的影响，提高过滤速度。

4）、采用过滤机液位自动控制，可有效控制滤机液面，确保各台滤机负荷均匀，降低滤机轴瓦的承重力，延长过滤机运行时间。通过调节滤机真空度，控制蜡饼厚度，降低蜡含油，提高产品质量。

结束语：

本系统在酮苯装置投入使用以来,取得了预定的效果,大大降低了操作人员的体力工作量，同时也受到仪表维护人员的好评,为仪表人员维护仪表设备节约了时间,提高了工作效率。

另外酮苯装置过滤机自动温洗虽已取得成功，但有些功能有待于进一步完善。例如，温洗指令还需人为设定，仍然存在某些缺陷。由于目前测量方面的原因，不能根据过滤效果由计算机确定是否需要进行温洗。若能解决测量方面的技术难点，就可以根据低真空滤液量、输蜡器电流、真空度的变化为参数来进行自动温洗。这样就能更加彻底克服温洗的不平稳因素，对提高装置系统平稳率和经济效益都能取得更好的效果。

参考文献：

[1]浙江中控厂家DCS在线手册

[2]意大利EIMCO转鼓真空过滤机使用说明燕山石化公司炼油厂设备配件科编译1989.8