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，高选器没有输入；SW=1时，高选器选择第一路输入；SW=2时，高选器选择第二路输入；SW=3时，高选器选择第三路输入；SW=4时，高选器有三路输入自动选择。通过SW设定值实现任意一个检测点温度偏低时，开大蒸汽流量阀，温度偏高时，关小蒸汽流量阀，以保证蒸馏塔温度平稳。

（3）甲醇回收塔（C-103）第46层塔盘温度与甲醇回收塔重沸器（E-106）蒸汽流量串级控制：A、DCS中主回路TIC423和副回路FIC410都可以分别实现自动操作。B、当副回路FIC410处于自动状态AUT方式时，且主回路TIC423控制较为稳定，可将副回路FIC410投串级CAS方式，此时主回路TIC423的输出MV值作为副回路FIC410的设定值SV，实现串级控制。温度偏低时，开大蒸汽流量阀，温度偏高时，关小蒸汽流量阀，以保证回收塔温度平稳。

5 运行情况及效果

JX-300X系统在运行过程中，其冗余、掉电保护、抗电磁干扰、构成防爆系统等方面性能稳定，安全可靠，到目前为止没有出现死机、掉线和控制失灵的现象；JX-300X控制功能齐全，人机界面友好，操作和扩展方便，系统组态灵活，控制方案便于调整，工艺参数波动不明显，能很好的保证装置安全稳定合格的生产。自5万吨/年MTBE装置投用以来，1.将原来生产的90#汽升级到93#，增加汽油销售的效益，满足市场需求；2.每年可减少3万多吨液化气的出厂，缓解液化气外运的压力；3.碳四中的异丁烯已经完全转化，为碳四的进一步综合利用奠定基础。

6 结束语

MTBE装置自采用JX-300X系统运行至今已有七年时间，其系统安全、可靠、性能稳定；装置生产平稳，产品的收率和质量均满足工艺生产要求指标。可见目前国产的过程控制系统技术已经发展到成熟可靠、性能稳定的自动化水平，同时考虑到开源节流，降本增效的经营目标，个人认为没有必要大小装置的控制系统均采用进口设备，对于一些中小型装置采用国产的过程控制系统，已完全能满足工艺生产需求。

参考文献

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[4]沈文洁.DCS系统在硝酸生产中的应用[J].内蒙古是由化工，2007（02）：25-26.

作者简介

张友兵（1978-），男，四川省米易县人。2003年毕业于西南石油学院自动化专业，现供职于中国石油工程建设公司新疆设计分公司，从事自控设计工作。

张海蓉（1985-），女，现为中国石油工程建设公司新疆设计分公司助理工程师，从事电信设计工作。

苏铸强（1988-），男，现为中国石油工程建设公司新疆设计分公司助理工程师，从事自控设计。

作者单位

中国石油工程建设公司新疆设计分公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000