在化工装置中,有一类如文末所示精馏塔相似的,实现轻组分和产品分离的精馏装置。塔釜产品,塔顶轻组分以不凝气方式外排,塔顶冷凝的液相全回流,有的类似下图有回流罐,有的甚至直接内回流没有回流罐。例如稳定塔、解吸塔、汽提塔、脱轻塔。文中的脱轻塔特指这类精馏塔。
在精馏塔中对产品侧的温度进行控制是常见的控制方案。所以,脱轻塔塔釜温度控制也是标准设计。加氢装置的稳定塔、萃取装置的溶剂汽提塔、吸收与解吸系统的解吸塔、产品精馏的脱轻塔,在我见过的各种各样的类似脱轻精馏塔中,大部分都有塔釜温度控制,而且很多至少看起来用的还不错。
用的不错并不能说明没有问题。先说结论:脱轻塔不需要温度控制。因为塔釜温度不能反映脱轻效果,塔釜基本上是不含轻组分的。即使含轻组分往往也是ppm级,塔釜温度根本反映不出来轻组分含量的变化。而且塔釜温度容易受到塔压的影响,即使塔压稳定,塔釜温度还受到产品混合物组成的影响。当组成不同时塔釜温度就会不同。温度基础控制能自动是有条件的。
最近在给一套使用了十多年的氯醇法环氧丙烷装置进行先进控制升级。最开始的基础控制方案是有塔釜温度控制回路的。先进控制的设计中则打开了温度控制回路,将再沸器蒸汽流量作为操纵变量,将塔釜温度作为被控变量。由先进控制直接控制再沸器蒸汽。虽然是被控变量,实际上通过塔釜温度的范围控制,改变了变量配对,放弃了塔釜温度控制,这也是先进控制的灵活之处。不直接使用底层的温度控制回路,而是把温度控制的形式表现在先进控制中,但是又不重点控制。这种做法体现了灵活但是不失原则的设计思路。容易实现控制又符合已有的操作习惯。
这一次先进控制升级,随着操作理念的提升,对脱轻塔的塔釜温度不再关注,干脆脱轻塔的所有温度都不再作为被控变量。简单、直接、本质。这也算前面先进控制长期使用带来的操作理念提升。
而在我们做过的多套苯加氢装置上,稳定塔和汽提塔的塔釜温度控制都得到了保留,并作为先进控制的操纵变量使用。此时并不是认为温度控制应该保留,而是考虑到操作习惯。在先进控制实施之前,这些温度控制都能正常投用,先进控制使用已有的操作知识,而且退守模式和之前类似。
如果用现在的观点看,就有点政治正确的感觉了。虽然每个方案都头头头是道,但是其实很多还是不够本质。
因为用起来没有问题就保留的形式主义,很常见我也犯了不止一次。例如,在一个车间的两套四氟乙烯装置中都有NMP溶剂汽提塔,一套使用了温度控制,另一套则没有使用温度控制。这要多么的遵循习惯而放弃原则呀!其实做先进控制更像是一个提高认知的项目,应该把对精馏过程的理解传递给工艺和操作。如果仅仅是按操作思路设计控制方案就差点意思。这样也行,那样也没有问题的时候最容易迷失。
先进控制方案中多设计几个精馏塔温度被控变量,可以增加方案的弹性。也有当年设计了塔釜控制,但是,现在使用进料温度控制,导致需要先进控制升级的问题。当有多个平行被控变量时,一定要避免耦合。
既简单又本质,既灵活又不失原则。多投用一个温度控制回路并不一定是对的,虽然看起来正常。脱轻塔的塔釜温度控制就是这种情况。虽然我也整定PID参数,但是不投用设计的温度基础控制回路,我做了也不止一次。“知进退,明得失,懂取舍,识大体,有敬畏。”
精馏塔的方案千差万别不能一概而论。虽然都是精馏塔,条件不同方案也应该相应变化。三个问题请大家讨论:
如果温度控制不投用,又该如何使用再沸器蒸汽这个自由度呢?
下图中如果塔顶外排气相是产品该如何设计控制方案呢?
如果塔顶外排气相是产品,而且精馏塔负荷由外排流量决定时,又该如何设计控制方案呢?