遂宁轻烃站于1993年4月动工兴建, 1994年5月1日正式投产运行。现由一套10×104 m3/d轻烃回收装置和空压站、循环水系统、锅炉房、天然气增压站、简易污水处理系统、液化气储罐区、液化气充装站等配套辅助设施组成。轻烃回收装置采用透平膨胀机制冷工艺回收天然气中的C3及以上组分。其中, 脱乙烷塔是凝液回收的重要设备之一。2002年底对脱乙烷塔进行了技改, 对塔进行了加高处理, 有效改善了凝液回收效果。但是在长期运行过程中, 又暴露出一些工程设计、设备、自控仪表、操作等方面的问题, 如脱乙烷塔塔底温度控制不稳定、塔压波动大、回流泵不易上量、凝液易汽化等等, 均严重影响产品收率。其脱乙烷塔流程简图见图 1。
通过脱乙烷塔塔底温度在半小时以内控制情况的趋势图可以看出塔底温度的波动情况, 其中阀位波动幅度大且频繁。如图 2所示。
脱乙烷塔塔底温度主要受以下几方面因素影响:
(1) 来料凝液的稳定, 其中包括膨胀机和低温分离器等方面的来料影响。
(2) 回流液位LIC的调节稳定性, 液位的稳定由调节阀控制和回流泵的运转是否正常等因素决定。
(3) 蒸汽流量(阀位一定时, 压力决定流量、热量)的稳定性, 关键是DCS的输出对调节阀的开度作用的影响(即PID调节品质)及对被调介质蒸汽和对象的参数温度控制结果。(注:PID是自动控制方式, 其中P为比例控制——其控制器的输出与输入误差信号成比例关系; I为积分控制——在积分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。D为微分控制——在微分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。)
这是调节阀选型的前提与基础。流通能力Cv值是选择调节阀的主要参数之一, 其定义为:当调节阀全开时, 阀两端压差为0.1 MPa, 流体密度为1 g/cm3时, 每小时流经调节阀的流量数称为流通能力, 也称流量系数。根据流通能力Cv值大小查表, 就可以确定调节阀的公称通径DN[1]。
公称通径的选择, 主要考虑最大Cv值、可调范围、调节余量等几个因素。一般掌握的原则是尽可能使正常调节时阀门开度在30%~80%之间, 调节较理想。计算Cv值时, 考虑最大Cv值等百分比在90%~95%作为最大Cv值, 而最小Cv值则建议在10%~20%的开度确定[2]。
式中:Q为最大流量, m3/h; G为比重, 水=1;P1为进口压力, MPa; P2为出口压力, MPa。
针对本站实际情况用上述公式估算Cv值约为0.01~0.08之间, 范围太大不够精确。因此, 对于细小回路的调节, 还需对精小型调节阀的计算和选用作专门的研究。
调节阀通常有四种流量特性:直线、等百分比、抛物线、快开。在自控系统的设计过程中选择气动薄膜调节阀应着重考虑流量特性。选择流量特性的基本原则是使流量特性与调节对象特性和调节器的特性相反, 以利于整个调节系统的综合特性接近线性[1]。
抛物线和快开两种流量特性使用很少, 只用于特定的一些场合。一般在直线与等百分比之间考虑。
直线流量特性在相对开度变化相同的情况下, 流量小时, 流量相对变化值大; 流量大时, 流量相对变化值小。因此, 直线流量调节阀在小开度(小负荷)情况下调节性能不好, 不易控制, 往往会产生振荡, 故直线流量特性调节阀不宜用于小开度的情况, 也不宜用于负荷变化较大的调节系统, 而适用于负荷比较平稳, 变化不大的调节系统。百分比流量特性的调节阀在小负荷时调节作用弱, 大负荷调节作用强, 它在接近关闭时调节作用弱, 工作和缓平稳, 而接近全开时调节作用强, 工作灵敏有效, 在一定程度上, 可以改善调节品质, 因此它适用于负荷变化较大的场合, 无论在全负荷生产或半负荷生产情况下都具有较好的调节作用[3]。
综上所述:本站调节阀目前采用线性调节, 对于细小回路, 调节性能过于灵敏而产生振荡, 负荷较大时又出现调节迟缓而不及时的现象, 适应能力较差。所以改选适应性强的等百分比流量调节较为合适。
目前, 脱乙烷塔塔底重沸器的蒸汽状况是:重沸器为立式, 热容量非常小。设有两个阀门同时排放冷凝水, 一个自动调节, 一个手动控制。从冷凝水排出量的大小和排水间隔时间可以看出重沸器内温度控制情况。同时, 由于蒸汽压力对塔底温度的波动影响较大, 应适当降低蒸汽压力, 减小潜热对调节的影响, 提高调节的稳定性。
由表 1可以看出, 压力在0.4 MPa~0.6 MPa (表压)之间变化时, 水蒸气的汽化热变化微小。因此, 可以考虑在重沸器蒸汽管线入口处增加减压阀, 这样, 既能在相对较低的压力下获得相同的热容量, 同时又达到了减小塔底温度波动的目的。
图 4是增加减压阀后脱乙烷塔底温度情况:
由此可见, 增加减压阀后, 塔底温度波动得到了较好的控制, 阀位也只是有规律地振荡起伏, 产品收率较之前有所提高。
回流泵管线振动较大一直是个未能很好解决的问题, 这是由安装时管道的固定方式和走向引起的问题, 已通过加支撑架的方式减轻了振动, 但是效果不是很理想。当然, 振动过大对管道内的凝液的输送也会造成一定的影响。
(1) LPG本身的汽化。由于丙丁烷自身受外界温度影响较灵敏, 自身达到了汽化的临界状态。临界状态参数如表 2所示。
(2) 泵入口凝液汽化。回流泵入口处凝液易汽化, 引起泵不上量, 汽化后的凝液继续在过程回流, 周而复始循环, 不得不采取手动放空的办法来解决, 凝液收率也随之下降。泵不上量的原因如为吸入管堵塞或吸入管路阀门未打开, 可以采取检查吸入管和过滤器、打开阀门的措施; 如系隔膜腔内残存空气, 可以通过重新灌油排出气体等方法解决。
(3) 温度控制不稳引起汽化。塔底的温度控制不稳很可能造成丙丁烷汽化。
从脱乙烷塔顶部出来的干气通过外输调节阀外输, 调节阀开度的控制状态直接影响塔压, 塔压控制不稳, 直接影响塔内凝液的稳定性和收率, 也是造成汽化的原因之一。因此这里也涉及到调节阀的选择, 根据前面的分析, 同样应选用等百分比调节阀。
(1) 可以考虑将脱乙烷塔塔底一体化立式重沸器改为卧式, 便于增加热容量。蒸汽供给回路重沸器入口处增加减压阀后收到了良好的效果, 可再改用稍小管线供给蒸汽, 使温度控制更加容易。目前南充轻烃、三台轻烃都存在塔底控制不稳的现象, 其中有设计因素, 也有使用因素。
(2) 对于脱乙烷塔塔底重沸器调节阀和外输气调节阀的选择, 通过对流量特性和负荷变化情况的分析, 建议选用等百分比调节阀。
(3) 对于调节参数PID整定, 应遵循以下调整原则:先比例后积分, 最后再把微分加; 曲线振荡很频繁, 比例度盘要放大; 曲线漂浮绕大弯, 比例度盘往小扳; 曲线偏离回复慢, 积分时间往下降; 曲线波动周期长, 积分时间再加长; 曲线振荡频率快, 先把微分降下来; 动差大来波动慢, 微分时间应加长; 理想曲线两个波, 前高后低4比1。
应根据实际情况进行如下细调:被控物理量在目标值附近振荡, 首先加大积分时间I, 如仍有振荡, 可适当减小比例增益P。被控物理量在发生变化后难以恢复, 首先加大比例增益P, 如果恢复仍较缓慢, 可适当减小积分时间I, 还可加大微分时间D[5]。
通过对脱乙烷塔体系存在的问题进行分析与讨论, 可见液化气收率与塔底温度的控制、外输调节阀的开度、回流泵的正常与否密切相关。只有全面解决了这些方面的问题, 收率才能从本质上得以提高。
2010, Vol. 39 Issue (4): 290-293
2010, Vol. 39 Issue (4): 290-293