精馏塔的控制方法浅析

徐国峰

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东　济南　250101)



化工机械

精馏塔的控制方法浅析

徐国峰

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东济南250101)

介绍了精馏塔的一般调节方法，分别阐述了精馏塔塔压的控制方法、塔釜温度的控制方法、塔顶温度的控制方法、塔釜液面的控制方法。阐述了加压塔和常压塔塔压的调节方法；介绍了通过控制塔釜蒸汽进气量控制塔釜温度；阐明了控制回流量和回流温度控制塔顶温度的方法；介绍了塔釜液面稳定的重要性以及如何控制塔釜液面稳定的方法。最后阐明了塔的能够维持正常操作的其它的约束条件。

精馏塔；控制

精馏是石油加工中使用最广泛的分离单元之一，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，普遍应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏塔设计的好坏，对于能耗的节省，公用工程的节约起着至关重要的作用，因此精馏塔设计一直是化工设计中的重要环节。在精馏塔的设计过程中，塔的控制方案决定了精馏塔能否安全稳定运行，产品能否满足要求。精馏塔的常用的控制方案主要有控制塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个变量的控制[1-3]。

1　精馏操作中塔压的控制调节方法

塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔内压力较大的波动，将会破坏全塔的物料和气液平衡，产品质量难以满足要求。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范围内。

对于加压塔的塔压，主要有以下三种调节方法：

(1)塔顶为分冷凝器时，塔顶压力通常通过控制气相采出量来调节的，如图1所示。在其它条件不变的情况下，气相采出量与塔压成反比，采出量增大，塔压下降，采出量减小，塔压上升。

图1　气相采出量控制塔顶压力Fig.1　Tower pressure control by gas phase recovery

比如在MTBE装置中脱异丁烷塔顶压力通过塔顶气相压力变送器控制塔顶气相出口调节阀，调节出口气量，达到塔顶压力，如图2所示。与图1不同的是，出口调节阀在冷凝器之前，通过控制进入冷凝器的进气量调节塔顶压力[4]。

图2　MTBE装置中脱异丁烷塔塔顶压力控制Fig.2　Deisobutanizer tower pressure control of MTBE unit

(2)塔顶冷凝器为全凝器时，塔顶压力通常依靠冷剂量的大小来调节，本质是通过改变回流液温度达到调节目的，如图3所示。在其它条件不变的前提下，增加冷剂量，则回流液的出口温度降低，导致塔压降低；相反，若减少冷剂量，回流液出口温度上升，进一步导致塔压上升。

(3)热旁通(浸没式)法调节塔压。

对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法：

(1)对塔顶压力在稳定性要求不严格的话，可以不安装压力调节系统，一般在相应的精馏设备上安装一个通大气的管道，使得塔内压力与大气压一致。

(2)当塔顶压力需要严格的稳定或者塔顶物料与大气接触影响产品质量时，塔顶压力一般采用加压塔塔压的控制方法，如图1、图3。

图3　冷剂量控制塔顶压力Fig.3　Tower pressure control by Cold dose

图4　调节蒸汽量控制塔釜压力Fig.4　Tower bottom pressure control by adjusting the steam

(3)塔釜的气相压力一般用控制塔釜加热蒸汽量的方法来调节，如图4所示。

2　精馏操作中塔釜温的控制调节方法

塔釜温度是由塔釜压力和物料成分决定的。精馏过程中，只有保持规定的釜温，才能分理出需要的产品。塔釜温度是精馏操作中重要的控制指标之一。

一般通过调节进入塔釜的蒸汽进气量调节塔釜温度的波动，使釜温稳定，见图5、图6。

图5　釜温热剂流量串级调节Fig.5　Kettle temperature agent flow cascade control

图6　釜温的调节Fig.6　Kettle temperature regulation

当釜温比规定值高时，通过调节阀减少蒸汽用量，使得塔釜液体减少汽化量，使釜液中轻组分的含量相对增加，泡点降低，釜温降低。当釜温比规定值低时，通过调节阀增加蒸汽尽量，提高釜液的汽化量，使釜液中重组分的含量相对增加，泡点提高，釜温提高[5]。其它的釜温控制方法分别见图7、图8。

图7　釜温调节与液位调节的关联Fig.7　Kettle temperature adjustment

图8　提馏段某两板间温差控制釜温Fig.8　Stripping film clip temperature difference and level adjustment between the two plate kettle temperature control

除了塔釜温度控制蒸汽进气量调节塔釜温度外，塔顶气相压力在压力高高的时候也可以调节蒸汽进气量维持塔顶压力稳定同时，也调节塔釜温度，一般压力高高的调节通过安全仪表系统(SIS系统)直接切断蒸汽进气量保护设备安全。比如惠炼二期MTBE项目脱异丁烷塔、丁烯-1塔顶压力在高高报警的同时触发SIS系统，直接切断蒸汽进气阀保护设备，避免压力过高对设备造成伤害。

3　精馏操作中塔顶温的控制调节方法

塔顶温度在控制产品质量方面具有重要作用。塔压不变的前提下，塔顶温度升高，会引起塔顶重组分含量增加，导致产品质量不能满足要求。

塔顶温度通过以下两种方法进行调节：一是稳定回流温度，控制回流量；二是稳定回流量，控制回流温度。通常为了维护生产的稳定性，大部分装置通过调节回流量的方式进行调节。具体的调节方法如下：

(1)调节回流大小，进行塔顶温度控制，见图9。增加回流量，塔顶温度降低，此种做法多在塔顶为全凝器时采用。

图9　回流量控制顶温Fig.9　Tower temperature control by quantity of reflux

(2)当塔顶的冷剂在冷却传热过程中存在相变化时，可以通过冷剂的气相压力和塔顶温度串级控制顶温，见图10。当气相压力降低，与气相平衡对应的温度同时降低。这种方法在塔顶冷凝器为分凝器时可以改变回流量；在塔顶冷凝器有过冷作用时，又可以用来改变回流温度。

图10　冷剂的蒸发压力与顶温串级调节控制顶温Fig.10　Tower top temperature control by Refrigerant evaporating pressure and the top temperature cascade

当塔顶的冷剂在传热过程中不存在相变化时，可通过冷剂的流量和塔顶温度串级调节塔顶温度，见图11。如增加流量，降低塔顶温度。这种方法既可改变回流量，又可改变回流温度。

图11　冷剂流量与顶温串级调节控制顶温Fig.11　Tower top temperature control by Refrigerant flow rate and the top temperature cascade

(4) 通过控制塔顶冷凝器的换热面积对塔顶温度的调节也是常用方法之一，一般通过提高冷剂液面，使得液相接触的换热面积增加达到降低塔顶温度的效果，这种方法既可改变回流量，又可改变回流温度，见图12。

图12　塔顶冷凝器的换热面积调节顶温Fig.12　Tower top temperature control by regulating the heat transfer area of the condenser

(5)一般精馏段的浓度较高时，可以通过调节某两板间的温差来调节塔顶温度，温差变大，回流液量也加大，降低塔顶温度。

图13　精馏段某两板间的温差来调节顶温Fig.13　Tower top temperature control by adjusting distillation film clip the temperature difference between the two plates

4　精馏操作中釜液面的控制调节方法

维持塔釜液面的稳定是保证精馏塔平稳操作的重要手段。塔釜液面稳定，是塔釜的传热是否平稳，由此决定塔釜的上升蒸汽量、塔釜温度、塔釜液成分是否稳定。

釜液液位的调节，多数是通过塔釜出口液排放量进行控制。釜液面增高，控制出口调节阀，加大排液量；釜液液位降低，控制出口调节阀，减少排出量，如图14所示。也有用加热釜的热剂量来控制釜液面的，见图14，釜液面增高，热剂量加大。

图14　釜液的排出量控制塔釜液面Fig.14　Tower kettle liquid level control by the discharge of liquid

图15　用加热釜的热剂量控制釜液面Fig.15　Tower kettle liquid level control by heating reactor thermal dose

5　结　语

塔的控制系统还需要满足一定的约束条件，以保证塔能正常操作、精馏过程平稳运行。如：塔内汽液两相流速在一定范围内，不能过高，引起泛液；也不能过低，引起塔板漏液、板效率大幅度下降；塔的操作压力、再沸器加热温差、加热蒸汽冷凝量和冷凝器冷却温差等，都有一定的限制。

[1]王丹.精馏塔的控制探讨[J].石化技术,2015(4):39-40.

[2]李红海,姜奕.精馏塔设备的设计与节能研究进展[J].化工进展,2014,33(1):14-18.

[3]李克景.浅谈精馏塔的工艺控制方案设计[J].石油化工应用,2013,33(3):119-124.

[4]陆帅君,徐国峰.MTBE/丁烯-1 装置精馏塔冷凝方式研究[J].山东化工,2015,44(8):125-127.

[5]严鹏,胡伯娇.精馏塔工艺操作影响因素分析[J].山东化工,2013,42:112-115.

Analysis of Control Method of Rectification Tower

XU Guo-feng

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co., Ltd., Shandong Jinan 250101, China)

The general regulation method of rectification tower was introduced, expounding the control method of rectification tower pressure, column bottom temperature control method, the tower top temperature control method and column bottom level control method below, respectively. The pressurized column and atmospheric column tower pressure regulating methods were expounded, tower kettle temperature control by the controling tower kettle steam into the air was introduced. The control flow back at the top of the column temperature and reflow temperature control method was illustrated, the importance of the stability of the tower kettle liquid level and the method of how to control tower kettle liquid level stable was introduced. Finally, the tower normal operation of other constraints was illuminated.

rectification tower；control

徐国峰(1983-)男，硕士，工程师，从事炼油、化工及天然气工程设计工作。

TE624

A

1001-9677(2016)09-0151-04