化工仿真教案要点.pdf

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1、教案用纸 教案用纸 项目四 固定床反应器和液位控制单元仿真操作 工作情境描述： 固定床反应器是化工生产中一种重要的反应设备，利用固定床的 仿真操作可使学生懂得固定床反应器的特点、分类，学会固定床反应 器的开车操作、停车操作并能够对常见故障进行分析和处理。本项目 所针对的工作内容主要是对固定床反应器单元的仿真操作，具体包 括：固定床反应器的特点、工艺流程、开车操作、停车操作、事故处 理等环节， 培养学生分析和解决固定床反应器操作过程中常见实际问 题的能力。 一、工艺流程说明 1.1工艺说明 本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应 器除掉的，反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。 主反

2、应为： nC2H22nH2（C2H6）n，该反应是放热反应。每克 乙炔反应后放出热量约为34000千卡。温度超过66时有副反应。 副反应为： 2nC2H4（C4H8）n，该反应也是放热反应。 冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量，丁烷 蒸汽通过冷却水冷凝。 反应原料分两股，一股为约-15的以 C2为主的烃原料，进料量 由流量控制器 FIC1425 控制；另一股为H2 与 CH4 的混合气 ,温度约 10，进料量由流量控制器FIC1427 控制。FIC1425 与 FIC1427 为比 值控制，两股原料按一定比例在管线中混合后经原料气/反应气换热器 (EH-423)预热，再经原料预

3、热器 (EH-424)预热到 38，进入固定床反 应器(ER-424A/B) 。预热温度由温度控制器TIC1466 通过调节预热器 EH-424 加热蒸汽 (S3)的流量来控制。 ER-424A/B 中的反应原料在2.523MPa、44下反应生成 C2H6。 当温度过高时会发生C2H4聚合生成 C4H8的副反应。反应器中的热量 由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。 C4蒸汽在水冷器 EH-429 中由冷却水冷凝，而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426 通过调节 备注 教案用纸 C4蒸汽冷凝回流量来控制，从而保持C4冷剂的温度。固定床反应器 DCS 图如图 6-1 所示，固定床反应器现

4、场图如图6-2 所示。 图 6-1 固定床反应器DCS 图 图 6-2 固定床反应器现场图 了解流程 教案用纸 1.2 本单元复杂控制回路说明 FFI1427:为一比值调节器。根据FIC1425（以 C2为主的烃原料） 的流量，按一定的比例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。 比值调节： 工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值 的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主 物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以 C2 为主的烃原料）为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（C2 为主的烃原料）的量的变化而改变。 三、固定床反应器

5、单元操作规程 3.1 开车操作规程 装置的开工状态为反应器和闪蒸罐都处于已进行过氮气冲压置 换后，保压在 0.03MPa状态。可以直接进行实气冲压置换。 3.1.1 EV-429闪蒸器充丁烷 (1)确认 EV-429 压力为 0.03 MPa。 (2)打开 EV-429 回流阀 PV1426 的前后阀 VV1429、VV1430。 (3)调节 PV1426(PIC1426)阀开度为 50%。 (4)EH-429 通冷却水，打开 KXV1430 。 (5)打开 EV-429 的丁烷进料阀门 KXV1420 ，开度 50。 (6)当 EV-429 液位到达 50时，关进料阀 KXV1420 。 3

6、.1.2 ER-424A 反应器充丁烷 (1)确认事项 反应器 0.03 MPa保压。 EV-429 液位到达 50。 (2)充丁烷 打开丁烷冷剂进ER-424A 壳层的阀门 KXV1422 、KXV1423 ，有 液体流过，充液结束；同时打开出ER-424A 壳层的阀门 KXV1425 、 KXV1427 。 教案用纸 3.1.3 ER-424A 启动 (1)启动前准备工作 ER-424A 壳层有液体流过。 打开 S3 蒸汽进料控制 TIC1466. 调节 PIC-1426 设定，压力控制设定在0.4MPa。 乙炔原料进料控制FIC1425 设手动，开度 0。 (2)ER-424A 充压、实

7、气置换 打 开 FIC1425 的 前 后 阀 VV1425 、 VV1426 和 KXV1411 、 KXV1412 。 打开阀 KXV1408 、KXV1418 。 微开 ER-424A 出料阀 kxv1413，丁烷进料控制FIC1425(手动)， 慢慢增加进料，提高反应器压力，冲压至2.523MPa。 慢开ER-424A 出料阀kxv1413，冲压至压力平衡,进料阀应为 50，出料阀开度稍低于50%。 乙炔原料进料控制FIC1425 设自动，设定值 56186.8 KG/H。 (3)ER-424A 配氢，调整丁烷冷剂压力 稳定反应器入口温度在38.0，使 ER-424A 升温。 当反应器

8、温度接近38.0(超过 35.0)，准备配氢。 打开 FV1427 的前后阀 VV1427、VV1428。 氢气进料控制 FIC1427 设自动 ,流量设定 80 KG/H。 观察反应器温度变化，当氢气量稳定后,FIC1427 设手动。 缓慢增加氢气量，注意观察反应器温度变化。 氢气流量控制阀开度每次增加不超过5。 氢气量最终加至200 KG/H 左右，此时 H2/C2=2.0，FIC1427 投串 级。 控制反应器温度44.0左右。 3.2 正常操作规程 3.2.1 正常工况下工艺参数 正常运行时，反应器温度44.0，压力控制在2.523MPa。 FIC1425 设自动，设定值56186.8

9、 KG/H，FIC1427 设串级。 PIC1426 压力控制在 0.4MPa，EV-429 温度控制在 38.0。 了 解 各 装 置 的 作 用 及 相 应 参 数 的 控 制 与调节 教案用纸 TIC1466 设自动，设定值 38.0。 ER-424A 出口氢气浓度低于50PPm，乙炔浓度低于 200PPm 。 3.2.2 ER-424A 与 ER-424B 间切换 关闭氢气进料。 ER-424A 温度下降低于 38.0后， 打开 C4 冷剂进 ER-424B 的阀 KXV1424 、KXV1426 ，关闭 C4 冷剂进 ER-424A 的阀 KXV1423 、 KXV1425 。 开

10、C2H2进 ER-424B 的阀 KXV1415 ，微开 KXV1416 。关 C2H2进 ER-424A 的阀 KXV1412 。 3.2.3 ER-424B的操作 ER-424B 的操作与 ER-424A 操作相同。 3.3 停车操作规程 3.3.1 正常停车 关闭氢气进料，关VV1427、VV1428，FIC1427 设自动，设定值 为 0。 关闭加热器 EH-424 蒸汽进料， TIC1466 设手动 ,开度 0.0%。 闪蒸器冷凝回流控制PIC1426 设手动，开度 100。 逐渐减少乙炔进料，开大EH-429 冷却水进料。 逐渐降低反应器温度、压力，至常温、常压。 逐渐降低闪蒸器温

11、度、压力，至常温、常压。 3.3.2 紧急停车 与停车操作规程相同。 也可按急停车按钮（在现场操作图上） 。 3.3.3 联锁说明 该单元有一联锁，联锁源。 (1)现场手动紧急停车 (紧急停车按钮 ) (2)反应器温度高报 (TI1467A/B66 ) 讲练结合 教案用纸 联锁动作： (1)关闭氢气进料， FIC1427 设手动。 (2)关闭加热器 EH-424 蒸汽进料， TIC1466 设手动。 (3)闪蒸器冷凝回流控制PIC1426设手动，开度 100。 (4)自动打开电磁阀XV1426 该联锁有一复位按钮。 注：在复位前，应首先确定反应器温度已降回正常，同时处于手 动状态的各控制点的设

12、定应设成最低值。 3.4 事故设置 3.4.1 氢气进料阀卡住 原因： FIC1427 卡在 20处 现象：氢气量无法自动调节 处理：降低 EH-429 冷却水的量 用旁路阀 KXV1404 手工调节氢气量 3.4.2 预热器 EH-424 阀卡住 原因： TIC1466 卡在 70处 现象：换热器出口温度超高 处理：增加 EH-429 冷却水的量 减少配氢量 3.4.3 闪蒸罐压力调节阀卡 原因： PIC1426 卡在 20处 现象：闪蒸罐压力，温度超高 处理：增加 EH-429 冷却水的量 用旁路阀 KXV1434 手工调节 3.4.4 反应器漏气 原因：反应器漏气， KXV1414 卡在

13、 50处 现象：反应器压力迅速降低 处理：停工 教案用纸 3.4.5EH-429 冷却水进口阀卡住 原因： KXV30 卡在 10处 现象：闪蒸罐压力，温度超高 处理：停工 3.4.6 反应器超温 原因： KXV22 卡在 0处 现象：反应器温度超高，会引发乙烯聚合的副反应 处理：增加 EH-429 冷却水的量 工作情境描述： 本工作情境为液位控制系统的DCS 仿真操作，通过对三个罐的 液位及压力的调节， 使学生掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关 系。本过程包括：液位控制系统的冷态开车、正常停车及事故处理三 个部分，学习单回路控制系统、分程控制协调、比值控制系统、串级 控制系统的操作与控制。

14、 使学生通过仿真实践加深对化工厂单元操作 的集散控制系统的原理和操作方法的了解，为今后的学习和工作积累 经验。 一.工艺流程说明： 本流程为液位控制系统，通过对三个罐的液位及压力的调节，使 学生掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关系。 缓冲罐 V101 仅一股来料， 8atm 压力的液体通过调节阀FIC101 向罐 V101 充液,此罐压力由调节阀PIC101分程控制 ,缓冲罐压力高于 分程点（ 5.0atm）时， PV101B 自动打开泄压，压力低于分程点时， PV101B 自动关闭，PV101A 自动打开给罐充压， 使 V101 压力控制在 5atm。缓冲罐 V101 液位调节器 LIC1

15、01 和流量调节阀 FIC102 串级调 节， 一般液位正常控制在50%左右， 自 V101 底抽出液体通过泵P101A 或 P101B(备用泵 )打入罐V102,该泵出口压力一般控制在9 atm， FIC102 流量正常控制在20000Kg/h。 罐 V102 有两股来料，一股为V101 通过 FIC102 与 LIC101 串级 调节后来的流量；另一股为8 atm 压力的液体通过调节阀LIC102 进 教案用纸 入罐 V102,一般 V102 液位控制在 50%左右,V102 底液抽出通过调节阀 FIC103 进入 V103,正常工况时 FIC103 的流量控制在 30000 kg/h。

16、罐 V103 也有两股进料，一股来自于V102 的底抽出量，另一股 为 8atm 压力的液体通过 FIC103 与 FI103 比值调节进入 V103,比值系 数为 2:1，V103 底液体通过 LIC103 调节阀输出， 正常时罐 V103 液位 控制在 50%左右。 二本单元控制回路说明 本单元主要包括：单回路控制系统、分程控制系统、比值控制系 统、串级控制系统。 2.1 单回路控制回路 单回路控制回路又称单回路反馈控制。由于在所有反馈控制中， 单回路反馈控制是最基本、结构做简单的一种，因此，它又被称之为 简单控制。 单回路反馈控制由四个基本环节组成，即被控对象（简称对象） 或被控过程（简

17、称过程）、测量变送装置、控制器和控制阀。 所谓控制系统的整定， 就是对于一个已经设计并安装就绪的控制 系统，通过控制器参数的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的 质量指标要求。 本单元的单回路控制有：FIC101，LIC102，LIC103。 2.2 分程控制回路 通常是一台控制器的输出只控制一只控制阀。然而分程控制系统 却不然，在这种控制回路中，一台控制器的输出可以同时控制两只甚 至两只以上的控制阀， 控制器的输出信号被分割成若干个信号的范围 段，而由每一段信号去控制一只控制阀。 本单元的分程控制回路有：PIC101分程控制冲压阀 PV101A和泄 压阀PV101B。如下图 2.3 比值控

18、制系统 在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种 以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成 事故。 教案用纸 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控 制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统， 称之流量比值控制系统。 比值控制系统可分为： 开环比值控制系统， 单闭环比值控制系统， 双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统 等。 FFIC104:为一比值调节器。 根据 FIC1103 的流量，按一定的比例， 相适应比例调整 FI103 的流量。 对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种

19、 物料按主物料来配比。在本单元中，FIC1425（以 C2 为主的烃原料） 为主物料，而FIC1427（H2）的量是随主物料（ C2 为主的烃原料） 的量的变化而改变。 2.4 串级控制系统 如果系统中不止采用一个控制器，而且控制器间相互串联，一个 控制器的输出作为另一个控制器的给定值，这样的系统称为串级控制 系统。 串级控制系统的特点： 1、能迅速地克服进入副回路的扰动 2、改善主控制器的被控对象特征 3、有利于克服副回路内执行机构等的非线性 在本单元中罐 V101的液位是由液位调节器LIC101 和流量调节器 FIC102 串级控制。 四、装置正常操作规程 4.1 冷态开车规程： 装置的开

20、工状态为V-102 和 V-103 两罐已充压完毕，保压在 2.0ATM，缓冲罐 V-101 压力为常压状态， 所有可操作阀均处于关闭状 态。 4.1.1 缓冲罐 V-101 充压及液位建立： （1）确认事项： 教案用纸 V-101 压力为常压 （2）V-101 充压及建立液位： 在现场图上 ,打开 V-101 进料调节器 FIC101 的前后手阀 V1 和 V2,开度在 100%。 在 DCS 图上，打开调节阀 FIC101,阀位一般在 30%左右开度 ,给 缓冲罐 V101 充液。 待 V101 见液位后再启动压力调节阀PIC101,阀位先开至 20%充 压。 待压力达 5ATM 左右时

21、,PIC101投自动 . 4.1.2 中间罐 V-102 液位建立： （1）确认事项： V-101 液位达 40%以上 V-101 压力达 5.0atm左右 （2）V-102 建立液位： 在现场图上，打开泵P101A 的前手阀 V5 为 100%； 启动泵 P101A. 当泵出口压力达 10atm时,打开泵 P101A的后手阀 V7 为 100%； 打开流量调节器 FIC102 前后手阀 V9 及 V10 为 100%. 打开出口调节阀 FIC102,手动调节 FV102 开度,使泵出口压力控 制在9.0atm左右. 打开液位调节阀LV102 至 50%开度. V-101 进料流量调整器 FI

22、C101 投自动，设定值为20000.0kg/h. 操作平稳后调节阀FIC102 投入自动控制并与LIC101 串级调节 V101 液位. V-102 液位达 50%左右,LIC102 投自动，设定值为50%. 4.1.3 产品罐 V-103 建立液位： （1）确认事项： V-102 液位达 50%左右 （2）V-103 建立液位： 在现场图上，打开流量调节器FIC103 的前后手阀 V13 及 V14 在 DCS 图上，打开 FIC103 及 FFIC104,阀位开度均为 50%. 当 V103 液位达 50%时,打开液位调节阀LIC103 开度为 50%. 了解流程 教案用纸 LIC103

23、 调节平稳后投自动，设定值为50%. 4.1.4 正常工况下的工艺参数 (1) FIC101 投自动，设定值为20000.0kg/h. (2) PIC101 投自动（分程控制），设定值为 5.0atm (3) LIC101 投自动，设定值为50%. (4) FIC102 投串级 (与 LIC101 串级) (5) FIC103 投自动，设定值为30000.0kg/h (6) FFIC104 投串级 (与 FIC103 比值控制 )，比值系统为常数2.0. (7) LIC102 投自动，设定值为50% (8) LIC103 投自动，设定值为50% (9) 泵 P101A(或 P101B)出口压力

24、 PI101正常值为 9.0 atm (10) V-102 外进料流量 FI101 正常值为 10000.0kg/h. (11) V-103 产品输出量 FI102 的流量正常值为 45000.0kg/h. 4.2 停车操作规程： 4.2.1 正常停车： （1）关进料线 : 将调节阀 FIC101 改为手动操作，关闭FIC101，再关闭现场手 阀 V1 及 V2. 将调节阀 LIC102 改为手动操作，关闭LIC102，使 V-102 外进 料流量 FI101 为 0.0kg/h. 将调节阀 FFIC104 改为手动操作，关闭FFIC104. （2）将调节器改手动控制： 将调节器 LIC101

25、 改手动调节， FIC102 解除串级改手动控制 . 手动调节 FIC102，维持泵 P101A 出口压力， 使 V-101 液位缓慢 降低. 将调节器 FIC103 改手动调节，维持V-102 液位缓慢降低 . 将调节器 LIC103 改手动调节，维持V-103 液位缓慢降低 . （3）V-101 泄压及排放： 罐 V101 液位下降至 10%时,先关出口阀 FV102,停泵 P101A,再关 入口阀V5. 打开排凝阀 V4，关 FIC102 手阀 V9 及 V10. 教案用纸 罐 V-101 液位降到 0.0 时,PIC101 置手动调节 ,打开 PV101 为 100%放空. （4）当罐

26、 V-102 液位为 0.0 时,关调节阀 FIC103 及现场前后手阀V13 及 V14. （5）当罐 V-103 液位为 0.0 时,关调节阀 LIC103. 4.2.2 紧急停车： 紧急停车操作规程同正常停车操作规程。 4.3 事故处理培训项目的设置 4.3.1 泵 P101A 坏 原因：运行泵 P101A 停. 现象：画面泵 P101A 显示为开 ,但泵出口压力急剧下降。 处理：先关小出口调节阀开度,启动备用泵P101B,调节出口压 力,9.0atm(表时,关泵 P101A,完成切换。 处理方法： 关小 P101A 泵出口阀 V7 打开 P101B 泵入口阀 V6 启动备用泵 P101B 打开 P101B 泵出口阀 V8 待 PI101 压力达 9.0atm时，关 V7 阀 关闭 P101A 泵 关闭 P101A 泵入口阀 V5 4.3.2 调节阀 FIC102 阀卡 原因： FIC102 调节阀卡 20%开度不动作 . 现象：罐 V101 液位急剧上升 ,FIC102 流量减小 . 处理：打开付线阀V11,待流量正常后 ,关调节阀前后手阀 . 处理方法： 调节 FIC102 旁路阀 V11 开度 待 FIC102 流量正常后，关闭FIC102 前后手阀 V9 和 V10 关闭调节阀FIC102 教案用纸