第4期收稿日期：2012－03－26
作者简介：耿志明（1978—），山东滨州人，硕士，在公司负责先进控制项目的实施、管理及维护工作。 耿志明
（滨化集团股份有限公司，山东滨州256619）
摘要：滨化集团东瑞化工有限公司的环氧丙烷装置原采用集散控制系统控制，为进一步对装置进行节能降耗，实施了先进控制。先进控制实施后取得了显著效果。先进控制投用率超过95%。环氧丙烷产量提高了1．03%，每吨环氧丙烷消耗蒸汽降低了0．0458t ，同时操作平稳率大幅度提高。关键词：先进控制；环氧丙烷；节能中图分类号：TQ205
文献标识码：C
文章编号：1008－021X （2012）04－0061－03
Application of APC on PO Unit for Energy Saving
GENG Zhi －ming
（Shandong Befar Group Co．，Ltd．，Binzhou 256619，China ）
Abstract ：The DCS system is already used on PO unit of Befar Group．Advanced process control （APC ）system was applied on PO unit for energy saving．More stable operation ，higher production quality consistency and more energy saving were realized by APC．After APC implementation on PO unit ，significant economic was achieved．The uptime of APC was more than 95%．PO production was increased by 1．03%．Steam consumption per ton of PO was reduced 0．0458t ，while operating steady rate increased significantly．
Key words ：advanced process control （APC ）；propylene oxide （PO ）；energy saving 1
前言
是“二五”期间国民经济能够继续保持可持续
发展的战略性问题之一，
是当前对于各行各业都极其重要的任务。先进的科学技术正是"节能减排"的有力武器，这种技术在制
造业中正是先进的工业自动化技术。如何加快装备制造业的发展和技术进步，增强工业控制系统的功能和效率，以及更好地应用先进的控制技术来帮助制造企业降低成本、提高
效率、
改善质量、实现低碳化与"节能减排"的目标，是当前工业自动化行业面临的十分紧迫的问题。先进控制与优化技术对于企业的节能减排、高效运行起着十分重要的作用，具有许多显着的优点。2011年滨化集团与霍尼韦尔公司合作，在环氧丙烷装置实施了先进控制技术应用项目，
以通过增加装置处理能力、提高目标产品收率和节能降耗等手段达到提高装置平稳率和经济效益的目的。先进控制
系统正式投运，
一直稳定运行至今，取得了显著的经济效益提高了操作水平。2
装置概述
滨化集团东瑞化工有限公司环氧丙烷装置建于2008年，设计能力8万t /a 。该装置采用氯醇法工艺，实际加工能力达到9万t /a 。该装置采用霍尼韦尔的PKS C300集散控制系统。
氯醇法具有流程比较短、工艺成熟、操作负荷弹性大、
产品选择性好、收率高、投资少等优点。氯醇化是国内环氧丙烷生产工艺的主要技术。环氧丙烷
装置以氯醇化、
丙烯、石灰乳为原料，主产品是环氧丙烷，副产二氯丙烷。生产工艺分为三个部分：氯醇
丙烯经过丙烯蒸发器气化后通过调节气体压力，与回收丙烯混合形成混合丙烯，进入氯醇化反应器下部，与从静态混合器出来的液相氯水相遇， ·
16·耿志明：应用先进控制实现环氧丙烷装置节能降耗
山东化工
沿氯醇化反应器的反应段上升，同时发生氯醇化反应，生成氯丙醇。反应生成的氯丙醇溶液溢流到氯丙醇缓冲罐，供皂化工序使用。未反应的塔顶气相经碱洗后部分进入丙烯回收反应器，大部分与新鲜
丙烯混合后进入氯醇化反应器。经丙烯回收反应器回收丙烯后的尾气，主要是不发生反应的乙烷、丙烷、氧气等惰性气体，还有少量过量丙烯。石灰乳与氯丙醇溶液在皂化塔外混合后进入皂化塔的上部。蒸汽从塔的底部进入。随着皂化反应的进行，蒸汽不断地将产生的环氧丙烷从液相中吹出，通过塔顶部的一级冷凝器冷凝，进入二级、三级冷凝器进一步冷凝，冷凝液即粗环氧丙烷，进入粗PO中间罐，然后由泵打到精馏系统进行脱轻、精馏。装置流程简图见图1
。
图1环氧丙烷装置流程简图3先进控制系统特点
Profit Controller是霍尼韦尔的鲁棒多变量预测控制技术软件包。Profit Controller对即使包括强耦合被控变量（Controlled Variables－CV）的过程都能实施有效控制和优化。控制器使用预测过程未来行为的过程动态模型并确定使过程变量达到设定值或区间内所必需的最小操纵变量变化。当控制问题解决后，剩下的自由度被用于使过程达到其经济最优（例如总产品价值最大）。
而且Profit Controller可以和PKS系统实现无缝集成。最新版本的Profit Controller在PKS系统上实施先进控制可以降低40%的实施成本。Profit Controller实施在作为PKS标准节点的EAS服务器上。EAS和PKS系统的数据连接比一般OPC连接更稳定。所以选择Profit Controller软件在环氧丙烷装置上实施先进控制。
4先进控制系统主要目标
建立合适的先进控制系统需要结合环氧丙烷装置的操作分工和装置特性，特别是针对不同工序的控制目标、优化目标以及工序装置特性等。环氧丙烷装置的先进控制设计了三个控制器分别是氯醇化和丙烯回收反应器控制器、皂化系统控制器和精馏系统控制器。
氯醇化和丙烯回收反应器控制器主要目标包括：维持正常操作条件、优化循环气氧含量和循环气量，
最大化处理量。皂化系统控制器主要目标是维持皂化系统正常操作条件、优化和控制皂化塔Ca （OH）
2
与氯丙醇物质的量比，优化皂化反应。精馏系统控制器主要目标是保持液位稳定，节能降耗。4．1氯醇化和丙烯回收反应器控制器
根据实际操作和优化的需求，氯醇化和丙烯回收反应器控制器主要目标如下：
（1）控制器维持反应器的丙烯物质的量比在工艺要求的范围内，从而维持最佳的反应器运行条件。在氯醇化反应器部分通过调整总流量和反应器K值来控制氯醇化反应器丙烯物质的量比。在丙烯回收反应器部分通过调整进入丙烯回收反应器的和进入丙烯回收反应器的循环气来控制丙烯回收反应器的丙烯物质的量比。
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·SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷
第4期
（2）循环气氧含量超过安全范围将引起事故，但是较高的氧气含量可以增加循环气中的惰性气体含量，从而提高进氯醇化反应器循环气量，对氯醇化反应器主反应有利。先进控制通过调节氯醇化反应器新鲜丙烯和质量比和进丙烯反应器的循环气量，平稳控制循环气氧含量并将其优化到约束上限，从而优化反应器操作。
（3）将反应器压力控制在约束内并优化到上限，既可以防止压力过高设备腐蚀加剧，也可以确保的溶解度，避免和丙烯在气相直接接触。氯醇化反应器新鲜丙烯和总质量比是调节氯醇化反应器压力的主要手段之一。
（4）循环气量最大化对氯醇化反应器反应有利。但是循环气量受到装置实际循环气量的限制，为了到实际的最大循环气量，以循环气调节阀阀位为被控变量，以循环气量为操纵变量并对其进行最大化优化。
（5）为了优化装置操作，实现效益最大化，同时选择总流量作为优化变量，以在给定范围内实现装置处理量最大化。氯醇化和丙烯回收反应器控制器包括6个被控变量、5个操纵变量。
4．2皂化系统控制器
闪蒸罐
根据实际操作和优化的需求，皂化系统控制器主要目标如下：
（1）Ca（OH）
2
与氯丙醇物质的量比的稳定是保证皂化系统正常工作的主要因素之一。皂化塔
Ca（OH）
2
与氯丙醇物质的量比可以同时保证皂化残液中的Ca（OH）2浓度和皂化反应的正常进行。控制器通过调整皂化剂流量来保证皂化塔Ca
（OH）
2
与氯丙醇物质的量比的稳定。
（2）皂化塔温度稳定可以保证皂化反应的平稳进行，控制器通过调节皂化系统蒸汽压力和二级外冷凝温度来维持皂化塔温度的稳定。
（3）皂化塔塔顶压力稳定可以保证皂化反应在规定的真空度下平稳进行。控制器通过调节放空调节阀阀位维持皂化塔顶压力的稳定。
（4）皂化塔和闪蒸罐的停留时间对皂化残液的COD以及氯丙醇的转化率都有影响。控制器通过工艺机理计算皂化塔和闪蒸罐的停留时间，并通过调整皂化塔和闪蒸罐的液位来控制皂化塔和闪蒸罐的停留时间。
皂化系统控制器包括10个被控变量、12个操纵变量和2个干扰变量。
4．3精馏系统控制器
根据实际操作和优化的需求，精馏系统控制器主要目标如下：
（1）液位。液位包括粗PO罐液位，脱轻塔底罐液位和精馏塔回流罐液位。这几个液位原来没有设计自动控制回路，这需要操作人员时刻关注这几个液位并及时调整。操作人员调整的幅度往往比较大。如果用先进控制调节脱轻塔进料、精馏塔进料、精馏塔回流以及精馏塔塔顶采出则可以在确保流量变化比较缓慢的情况下实现这些液位的均匀控制，从而提高装置的平稳度。
（2）为了保证脱轻塔的脱轻效果，选择脱轻塔放空压力、脱轻塔内回流换热器出口压力调节阀阀位、脱轻塔内回流换热器出口温度以及脱轻塔塔釜温度作为被控变量。控制器通过调节循环水调节阀和再沸器蒸汽调节阀阀位稳定这些被控变量。
（3）精馏塔塔顶一级冷凝器凝液温度、进料温度以及塔釜温度都是精馏塔运行状况的表征。控制器通过调节循环水调节阀、回流量和再沸器蒸汽流量实现对这些温度的调节。
精馏系统控制器包括12个被控变量、8个操纵变量。
5实施效果和效益分析
环氧丙烷装置先进控制系统实施后一直平稳运行，先进控制系统投用率都在95%以上，各项功能和指标均达到或超过了预期的效果和目标。先进控制投用后的装置数据和2010年平均值对比有明显提高，其中环氧丙烷产量提高了1．03%。每吨环氧丙烷的0．8MPa蒸汽消耗降低了0．0458t。这样投用先进控制后每年环氧丙烷产量可以提高927t，0．8MPa蒸汽消耗每年可以降低4365t。以环氧丙烷利润为1000元/t，0．8MPa蒸汽价格为200元/t计算，实施先进控制系统后环氧丙烷装置每年可以增加效益179．9万元。
另外，装置运行平稳率明显提高，循环气氧含量、物质的量比、液位、温度等关键控制变量的波动范
围显著减少。先进控制投用前后对比，关键控制变量的波动幅度降低了20%以上，最大降幅达到64．23%。先进控制系统投用率高，具有很强的抗干扰能力，可有效降低操作人员的劳动强度。
（本文文献格式：耿志明．应用先进控制实现环氧丙烷装置节能降耗［J］．山东化工，2012，41（4）：61－63．）
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耿志明：应用先进控制实现环氧丙烷装置节能降耗
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