JX―300X在5万吨年MTBE装置中的设计应用

JX―300X在5万吨年MTBE装置中的设计应用

摘 要 本文先分析了选用该系统的原因，描述了JX-300X的软硬件配置，重点阐述装置中主要控制的实现过程，并对系统的运行效果做出分析，得出目前国产过程控制系统技术已发展到成熟可靠、性能稳定的自动化水平，完全满足中小型装置生产的需要，没有必要大小装置的控制系统均采用进口设备的理念。

【关键词】JX-300X 控制站 通讯网络 操作站 目前我国MTBE生产技术有：固定床技术、膨胀床技术、催化蒸馏技术、混相床和混合反应蒸馏等。先后有6种生产技术成功应用于40多套MTBE装置，技术水平达到当前世界先进水平，且全部设备实现国产化，整个生产过程采用DCS控制，产品质量稳定。

西北某石化公司5万吨/年MTBE装置结合其原料组成特点、对产品的要求、综合技术经济指标、副产碳四进一步综合利用等多方面的因素，最终选用混相床-催化精馏联合的工艺技术。该技术具有成熟先进，反应热利用充分，异丁烯转化率高（>99%），产品能耗低的特点。 1 工艺流程简介

本装置采用自炼油厂气体分馏装置来的碳四与外购的

甲醇按一定比例进入静态混合器，混合物料预热后，进入醚化反应器（R-101）将其中90～92%的异丁烯与甲醇反应生成MTBE。物料从反应器的下部出口流出，进入内装有催化剂的催化精馏塔（C-101）将剩余的异丁烯继续转化，异丁烯总转化率达到99.5%。纯度≥98%的MTBE产品由催化精馏塔塔底流出，经冷却至40℃后进入产品罐区。 2 控制系统选型

DCS发展至今，国外DCS虽已具有很强的技术和性能优势，但本装置规模不大，投资小，因此设计中采用国产设备。另一方面控制系统选用的重点是其性价比、可靠性、功能相当、负载能力合适、经济实惠性。本设计根据装置多种因素的分析比较，以及系统检测控制点的数量，最终选用的DCS系统为JX-300X。该系统具有以下特点：

（1）组态软件支持全中文界面；SOE信号的分辨率不大于1毫秒。

（2）系统配备串行通讯卡，与其它控制设备相连时数据更可靠。

（3）提供冗余的通讯总线（包括冗余通讯总线接口模件），使数据传输更稳定，避免出现数据丢失现象。 （4）为保证控制系统长期稳定运行，控制器应采用低功耗散热设计，避免CPU温度高造成死机等现象，要求功耗宜在5W以下，工业级CPU的适用温度范围为0-50℃；而

JX-300X系统的主控卡采用的工业级芯片功耗约为3W； CPU的适用温度范围为0-70℃。 3 控制系统的软硬件配置

本装置控制室及机柜间均依托现有所选的JX-300X系统包括软硬件两部分组成。具体硬件配置拓扑图详见图1，1#I/O控制柜、2#安全栅柜分别设置于现有机柜间、1#操作站（兼工程师站）及1#站分别设置于现有控制室，管理级依托现有。 3.1 硬件配置

硬件配置包括：操作站硬件、通信网络以及控制站硬件三部分。

3.1.1 操作站硬件

操作站的硬件以高性能的工业控制计算机为核心，具有超大容量的内部存储器和外部存储器，并配置21”的液晶显示器、激光打印机、专用键盘（SP032）等。鉴于MTBE装置规模不大，检测与控制点数较少，本设计采用其中一个操作站兼工程师站的形式，以减少控制室占用空间和硬件配置费用。

3.1.2 通信网络

JX-300X的通信网络分三层：控制站内部I/O控制总线（称SBUS）；过程控制网（称SCnetII）；信息网。各层通信网络的作用和功能如下：

（1）SBUS总线是控制站内部I/O控制总线，主控卡、

数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行数据通信。

（2）JX-300X采用了双高速冗余工业以太网SCnetII作为过程控制网络，SCnetII是控制站与操作站、工程师站之间的通信联接，其通讯接口选用专用的以太网控制器，具有很高的实时性、高速性、可靠性和开放性，数据传输遵循Modbus TCP/IP协议。操作站和工程师站通过以太网SCnetII从控制站中获取过程控制实时信息。

（3）信息管理网采用以太网用于工厂级的信息发送和管理，通过网络获取JX-300X系统中过程参数和系统运行信息，同时向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指导信息，实现全厂综合管理、调度、统计、决策等功能，将过程控制和管理信息系统的紧密结合起来。 3.1.3 控制站硬件

控制站（CS）是DCS系统实现过程控制的主要设备之一，根据MTBE装置的工艺特点，要求JX-300X中的关键部件按1：1冗余配置（如主控制卡、电源卡、通讯网络、数据转发卡、SBUS总线以及用于联锁和重要控制的I/O卡等），同时外部交流电源也采用冗余的UPS电源来给系统提供电源。本控制站中各种主要卡件配置详见表1。 3.2 软件配置

根据装置规模和工艺操作要求，本设计中软件配置如：系统组态软件SCKey、图形组态软件SCControl、语言组态软

件SCLangC、流程图制作软件SCDraw、报表制作软件SCForm以及实时监控软件AdvanTrol。系统的安装过程采用标准的Windows安装模式，具有方便、简洁、快速等特点。 4 主要控制在JX-300X中的实现

在混相床-催化精馏联合的工艺技术中，保证产品质量合格稳定，能耗、物耗较低的核心问题是控制好工艺参数温度和压力。JX-300X在MTBE装置中实现以下主要控制： （1）原料缓冲罐D-102压力分程控制：DCS中控制器PIC-401的输入为PI-401，它的输出值为MV作为分程块SPLIT的输入。当压力低时MV为0―50%，PIC-401控制阀门PV-401A（PIC-401的MV的0―50%转变为阀PV-401A的100%―0）补氮气，当压力高时MV为50%―100%，PIC-401控制阀门PV-401B（PIC-401的MV的50%―100%转变为阀PV-401B的0―100%）泄压，以保证D-102处于微正压范围内。 （2）催化蒸馏塔C-101第46、55以及57层塔盘温度选择后与催化蒸馏塔重沸器（E-105）的蒸汽流量串级：DCS中将TI411A、TI411B、TI411C连在高选器THS411上作为THS411的输入，THS411的输出作为主调节器TIC411的设定值，进行分析处理后，其输出作为副调节器FIC411的输入，同时FIC411接受FI来的信号。FIC411对两路输入信号进行分析处理后控制阀门FV407动作。其中，THS411为高选器，它的面板设定参数中有一个“SW”内部设定开关，当SW=0时，高选器没有

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