中石化揚(yáng)子石化芳烴吸附分離裝置移動(dòng)床控制系統(tǒng)項(xiàng)目

北京康吉森自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)有限公司

1 項(xiàng)目背景

芳烴和乙烯是石油化工的兩大支柱，自上世紀(jì)80年代起我國的石化建設(shè)突飛猛進(jìn)，但是關(guān)鍵技術(shù)往往需要從國外引進(jìn)。中國是世界芳烴產(chǎn)品對二甲苯（PX）第一消費(fèi)大國，但長期沒有自己完整的芳烴成套技術(shù)，多年以來一直采用巨資引進(jìn)國外技術(shù)的方式建設(shè)芳烴生產(chǎn)裝置。這里面最重要原因之一就是其中的吸附分離裝置有一套極其復(fù)雜的模擬移動(dòng)床控制系統(tǒng)，其核心技術(shù)中國人一直沒有掌握。

為了突破國外的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)中國石化具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套芳烴技術(shù)的開發(fā)，中國石化集團(tuán)公司決定以揚(yáng)子石化公司為試驗(yàn)基地，自主成套芳烴關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)模擬移動(dòng)床控制系統(tǒng)（Moving-beds Control System，MCS）。

2 項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用

吸附分離的核心設(shè)備是吸附塔，兩個(gè)吸附塔分別通過塔底的兩臺循環(huán)泵構(gòu)成“8”字循環(huán)回路，循環(huán)泵出口流量在不同區(qū)域時(shí)會有大幅的變化。由于是全液相密閉系統(tǒng)，一旦控制失靈或信號遲滯將會引起塔壓急劇變化，直接導(dǎo)致吸附塔內(nèi)部分子篩永久性的損壞，損失可達(dá)上億元。目前國際上掌握該技術(shù)的只有美國UOP和法國的AXENS兩家公司，他們壟斷了世界上全部的PX生產(chǎn)技術(shù)，所有的控制方案、邏輯算法、工藝模型、關(guān)鍵參數(shù)都封裝在其ACCS系統(tǒng)（UOP）和SCS系統(tǒng)(AXENS)內(nèi)部，對外就是一個(gè)黑匣子，沒有任何公開數(shù)據(jù)資料可查，相關(guān)的現(xiàn)場儀表、控制閥門的重要指標(biāo)也秘而不宣。

中石化揚(yáng)子石化芳烴吸附分離裝置移動(dòng)床控制系統(tǒng)項(xiàng)目通過中國石化工程建設(shè)公司（SEI）和康吉森強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，由專利商和系統(tǒng)集成商共同攻關(guān)MCS系統(tǒng)。

2011年9月，芳烴示范裝置現(xiàn)場設(shè)備安裝基本完畢，MCS系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場調(diào)試階段。為了共同的目標(biāo)，來自不同單位的工程人員通力合作，日夜奮戰(zhàn)在芳烴吸附分離示范裝置的現(xiàn)場。經(jīng)過持續(xù)測試和對程序的反復(fù)修改，MCS系統(tǒng)程序逐步滿足了工藝的各項(xiàng)要求，并優(yōu)化了操作功能。

2011年10月7日，MCS系統(tǒng)在揚(yáng)子PX示范裝置正式投入使用后，立刻取得了非常好的效果：程控閥容錯(cuò)特性優(yōu)異，192臺閥門中的任意一臺故障均不影響系統(tǒng)的運(yùn)行；流量切換響應(yīng)迅速，時(shí)間滯后不到3秒；塔壓波動(dòng)±0.03MPa，大大優(yōu)于±0.08MPa的原設(shè)計(jì)值，達(dá)到并部分超過了UOP和AXENS同類裝置的指標(biāo)。2011年10月9日開車成功，產(chǎn)品全部合格！

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)分析

（1）技術(shù)難點(diǎn)的突破

MCS系統(tǒng)研發(fā)和設(shè)計(jì)有兩大難點(diǎn)：第一是國外技術(shù)壁壘造成研發(fā)的參考資料少，相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也少，只能通過團(tuán)隊(duì)長期的探索和不斷的實(shí)驗(yàn)解決技術(shù)問題。第二是系統(tǒng)本身非常復(fù)雜。由于試驗(yàn)裝置的本身特性決定，本次MCS系統(tǒng)研發(fā)的難點(diǎn)還在于必須適應(yīng)各種復(fù)雜的工況：PX和PDEB兩種不同的物料、19種操作方案、11個(gè)控制回路的參數(shù)整定、192臺程控閥各不相同的容錯(cuò)特性以及向外沖洗、分時(shí)沖洗、切除沖洗等國外沒有的技術(shù)特點(diǎn)，每一種方案都會影響到其他程序邏輯的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)極其復(fù)雜。而上述這些技術(shù)要求和指標(biāo)全部來自一段只有3000字的工藝包說明文字，除此之外再也沒有其他任何資料。

MCS攻關(guān)組成員經(jīng)過18個(gè)月的不懈努力，克服了各種困難，終于成功編寫完全部程序，最終的系統(tǒng)邏輯圖共有242頁，包括38種函數(shù)模型、4484個(gè)內(nèi)部變量、5000多個(gè)邏輯模塊，編譯后的程序語句數(shù)超過了36000行。

根據(jù)非常有限的工藝說明文字完成整體程序的編寫和邏輯關(guān)系的梳理，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，這是MCS開發(fā)團(tuán)隊(duì)最重要的技術(shù)突破。

（2）工程服務(wù)能力的展現(xiàn)

由于MCS系統(tǒng)是第一次應(yīng)用，沒有開車先例，沒有經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，一切調(diào)試都僅依據(jù)前期研發(fā)的系統(tǒng)控制程序和工藝?yán)碚搮?shù)。

而且MCS系統(tǒng)控制的主體是純液相系統(tǒng)，其中壓力的控制還沒有很好的案例和比較成熟的方案, 裝置中吸附塔的塔盤承受的正向和反向壓力不同，允許波動(dòng)范圍很小，如果壓力超范圍波動(dòng)則有損壞塔盤的危險(xiǎn)，上億元的設(shè)備必將損壞，工期也必將延誤。

頂著巨大的壓力，康吉森的工程師和SEI、揚(yáng)子石化技術(shù)人員一道開始了調(diào)試工作。MCS團(tuán)隊(duì)依據(jù)研發(fā)和編程階段的模擬測試，在現(xiàn)場無介質(zhì)的狀態(tài)下對工藝參數(shù)、PID進(jìn)行不斷的實(shí)驗(yàn)和修改。一個(gè)月的調(diào)試時(shí)間非常有限，調(diào)試期間所有團(tuán)隊(duì)成員放棄休息，在開車前的一周更是夜以繼日的調(diào)試。每一個(gè)回路都經(jīng)過了不斷的調(diào)試、修改、完善直到通過。

作為MCS系統(tǒng)供應(yīng)商的康吉森，在中國首套自主知識產(chǎn)權(quán)芳烴吸附分離示范裝置的建設(shè)中不僅發(fā)揮了供應(yīng)商應(yīng)有的作用，而且在研發(fā)和調(diào)試工作中承擔(dān)了技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)的重任，康吉森人對技術(shù)的鉆研精神和對客戶的服務(wù)精神在MCS項(xiàng)目中得到了一次集中的體現(xiàn)。

（3）工程執(zhí)行模式的創(chuàng)新

對于康吉森來說，MCS項(xiàng)目遠(yuǎn)超越普通工程項(xiàng)目的范疇，更是一次全新工程執(zhí)行模式的探索。

早在2009年，康吉森就與SEI簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方合作的成功為國內(nèi)石化領(lǐng)域系統(tǒng)供應(yīng)商提供了一個(gè)全新的合作模式：即工程公司作為專利商牽頭，與系統(tǒng)供應(yīng)商聯(lián)合研發(fā)和推廣專有技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用，共同實(shí)踐專有技術(shù)的工程實(shí)施。簡單說來，專利商聯(lián)合供應(yīng)商，專利技術(shù)配合專有系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)成套模式對于石化領(lǐng)域很多裝置，特別是復(fù)雜和技術(shù)難度大的工段都有很大的益處，從工程模式上保障了專利技術(shù)的完整和準(zhǔn)確執(zhí)行。這個(gè)模式也是國外專利商經(jīng)常使用的，但國內(nèi)主流工程公司和系統(tǒng)供應(yīng)商合作使用此類系統(tǒng)成套模式尚屬起步階段。

北京康吉森公司工程部成立已經(jīng)超過十年，工程經(jīng)驗(yàn)的長期積累和總結(jié)為工程技術(shù)整體水平的升華打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？导墓こ虉?zhí)行能力也逐步由工程執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)領(lǐng)域的技術(shù)專家、工程專家，與專利商在特殊系統(tǒng)中的深度技術(shù)合作顯得如魚得水。這種工程合作的模式改變了以往的“專利商設(shè)計(jì)院出圖，供應(yīng)商照做”的老模式，面對石化領(lǐng)域全新的工藝、全新的系統(tǒng)，共同開發(fā)和深度合作的創(chuàng)新模式為國內(nèi)石化行業(yè)探索出一條新路。

4 效益分析

從實(shí)際運(yùn)行來看，MCS系統(tǒng)性能可靠，控制平穩(wěn)，可操作性強(qiáng)，綜合性能已經(jīng)達(dá)到目前國際同類技術(shù)水平。依靠MCS系統(tǒng)控制的吸附分離過程，在區(qū)域切換時(shí)吸附塔的最大壓差為0.8Bar，各區(qū)域流量控制穩(wěn)定，大大優(yōu)于同類采用IFP工藝的裝置；PX吸附分離運(yùn)行工況下，吸附塔抽出液和吸余液組成進(jìn)行歸一計(jì)算，PX純度達(dá)99.7%以上，收率97%以上，達(dá)到了國際先進(jìn)水平；MCS控制系統(tǒng)中預(yù)設(shè)了19種不同的工況，在工況切換時(shí)，控制平穩(wěn)，不影響裝置產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，可操作性強(qiáng)。

裝置設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮了以乙苯裝置副產(chǎn)的混和二乙基苯為原料通過吸附分離過程生產(chǎn)滿足對二甲苯吸附分離過程需要的對二乙基苯（PDEB）。2012年4月，示范裝置進(jìn)入到PDEB生產(chǎn)工況，MCS系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)修改后調(diào)試并投用，生產(chǎn)出合格的PDEB產(chǎn)品。在裝置的運(yùn)行期間MCS系統(tǒng)運(yùn)行良好，進(jìn)出吸附塔各物料流量穩(wěn)定，泵、壓送環(huán)路流量在不同區(qū)域之間切換迅速、平穩(wěn)，吸附塔底壓力穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。