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石油蒸馏装置中的检测与控制 1. 灵敏板温度控制 从位置上看，似乎塔顶或塔底的温度最能代表产品质量，这种思路在产品纯度不高时是合理的。但是，当产品纯度接近质量要求的给定值时，在邻近塔顶或塔底的各板之间的温度差已经很小。这时，即使塔顶或塔底温度仅变化0.5℃就可能造成产品质量不合要求。因而，对温度检测仪表的灵敏度和控制精度都提出了很高的要求，这往往很难满足的。解决这一问题的方法是在塔顶或塔底与进料板之间选择灵敏板的温度作为间接质量指标。所谓灵敏板是指塔的操作受扰动或受控制时，塔内各板上的物料中各组分的质量浓度和温度都将发生变化，变化程度各不相同，在达到新的稳态后，温度变化最大的那块塔板即称为灵敏板。灵敏板位置可以通过逐板计算或静态模型仿真计算，依据不同操作工况下各塔板温度分布曲线比较得出。但是由于塔板效率不易估准，所以最后还须根据实验予以确定。 2. 温差控制 温差控制适用于精密精馏过程，此时产品纯度要求很高，而且塔顶塔底产品的沸点差较小。 采用温差作为衡量质量指标的参数，是为了消除压力波动对产品质量的影响。因为，在精馏塔控制系统中虽设置了压力定值控制，但压力也总难免有些微小波动，这对一般产品纯度要求不太高的精馏塔是可以忽略不计的。但如果是精密精馏，产品纯度要求很高，微小的压力波动对纯度的影响就不能再忽略了。也就是说，精密精馏时若用温度作质量指标就不能很好地代表产品的质量，温度的变化可能是产品纯度和压力都变化的结果，为此应该考虑补偿或消除压力波动对浓度的影响。 在选择温差信号时，一个检测点仍然放在灵敏板附近，即浓度和温度变化较大的位置；另一个检测点放在主要产品引出点附近(重视塔顶产品质量时放在塔顶附近，重视塔底产品时放在塔底附近)，即温度变化较小的位置；另然后取上述两测点的温度差作为被控变量。这里，塔顶或塔底温度实际上起参比作用，由于压力变化对两点温度都有相同影响，相减之后其压力波动的影响就几乎相抵消。温差控制其实是灵敏板温度控制的变形，用来消除压力波动对产品质量的影响。图7.14 温差－纯度关系曲线 值得注意的是，温差与产品纯度之间并非单值关系。如图7.14所示的正丁烷和异丁烷分离塔的温差ΔT和塔底产品中轻组分质量浓度XD之间关系的示意图。由图可见，曲线有最高点，其左侧表示塔底产品纯度较高(即轻组分浓度 XD较小)情况下，温差随着产品纯度的增加而减小；其右侧表示在塔底产品不很纯的情况下，温差随产品纯度的降低而减小。为了使控制系统能正常工作，温差与产品纯度应该具有单值对应关系。为此，一般将工作点选择在曲线的左侧，并采取措施使工作点不至进入曲线的右侧。为了使控制器的正常工作范围在曲线最高点的左侧，在使用温度控制时，控制器的给定值不能太大，干扰量(尤其是加热蒸汽量的波动)也不能太大，以防止工作状态变到如图7.14所示的曲线最高点的右侧，致使控制器无法正常工作。 石油蒸馏装置中的检测与控制 石油蒸馏装置中的检测与控制 3. 双温差控制 温差控制可以克服由于塔压波动对塔顶(或塔底)产品质量的影响，但是它还存在一个问题：就是当负荷变化时，会导致塔板间的压降产生变化，而且任意两块相邻塔板间的压降也不相同。塔板间压降的分布将会影响两块塔板间温差的不同。这时温差和组分间就不呈单值对应关系，温差控制方案就无法发挥作用，在这种情况下可以采用双温差控制。 工艺分析表明，如果塔顶的重组分质量浓度较高，就会使全塔温度偏高，在负荷变化时精馏段的温度变化更为明显，其中又有一块塔板温度变化最快，称此块塔板为精馏段的灵敏板，该板位于进料板之上。如果在精馏段灵敏板处测量温度并组成温差控制，则可以得到高纯度的塔底产品。相反，如果塔底的轻组分质量浓度较高，灵敏板就位于进料板之下，称为提馏段灵敏板。无论负荷怎样变化，塔内温度变化最明显的地方总在这两块灵敏板上。再把塔顶和塔底出温度变化最不明显的塔板分别叫作精馏段参照板和提馏段参照板。如果能分别将塔顶、塔底两个参照板与两个灵敏板之间的温度梯度控制稳定，就能达到质量控制的目的，这就是双温差控制方法的基础 图7.14 温差－纯度关系曲线 石油蒸馏装置中的检测与控制 双温差控制亦称温差差值控制，其控制原理图如图7.15所示。 图7.15 双温差控制方案 五、精馏过程的基本控制方案 精馏塔内的精馏过程是一个非常复杂的过程，牵涉到的变量很多，可以选择为被控变量的数量很大，可以选择为操作变量的也很多，这样就形成了各式各样的控制方案。但无论这些控制方案的形式如何，其的控制目标都是使塔顶和塔底的产品满足规定的质量要求，用到的基本原理也仍然是能量和物料平衡的基本原理。这里将这些控制方案进行分类讨论。为使问题简化，这