PKSSCM在甲醇制烯烃装置顺控中的应用

吴立松李朝辉

摘要：本论文通过介绍霍尼韦尔PKS系统的SCM在斯尔邦石化90万吨/年甲醇制烯烃装置中的应用，详细叙述了SCM在气相干燥器，液相干燥器顺序控制中的结构设计，程序实现，体现了PKSSCM在顺序控制中应用的的特点和优势，在类似的顺序控制程序中可以推广应用。

关键词：SCM；结构设计；Main-Slave程序结构

斯尔邦醇基多联产项目是由盛虹控股集团投资建设，项目位于连云港市徐圩新区石化产业园内，总占地面积351公顷。本项目以甲醇为原料，经甲醇转换制烯烃（MTO）工艺生产乙烯、丙烯，进而生产下游衍生物，包括乙烯-醋酸乙烯共聚树脂（EVA）、环氧乙烷及衍生物、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸及脂、高吸水性树脂（SAP）等产品。各装置均选用目前国际上最先进可靠的技术，来源于世界500强企业和石化行业著名技术公司，包括Basell的高压釜式法LDPE工艺技术，高压管式法LDPE工艺技术，Shell公司的环氧乙烷直接氧化法技术，DoPont公司的丙烯氨氧化法技术，荷兰维克马夫（Vekamaf）公司的丙酮氰醇法生产MMA，加拿大凯密迪（Chemetics）公司的废酸回收技术等。甲醇制烯烃装置采用UOP公司开发的MTO-OCP技术和惠生工程公司的烯烃分离技术，公称处理量90万吨/年（以烯烃产品计），目前为全球最大的单套MTO装置。本装置以甲醇为原料，借助催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。装置规模90万吨/年烯烃，设计乙烯产量为36.5733万吨/年，丙烯产量46.7007万吨/年，丁二烯10万吨/年，MTBE：0.88万吨/年。MTO装置主要由MTO反应再生单元、烯烃分离单元、丁二烯单元、烯烃裂解单元四部分组成。装置采用的控制系统为Honeywell公司最新推出的ExperionPKS系统，它的操作界面人性化，操作简便，系统组态设置方便，硬件运行稳定，确保了甲醇制烯烃装置的长期稳定运行。

1、PKSSCM顺控模块介绍：

PKS的SCM模块，即顺序控制模块，可以包括一个或多个Handler，可组态的Handler主要有：

1)MainHandler：SCM的主程序；

2)InterruptHandler：SCM的中断程序；

3)HoldHandler：SCM的暂停程序；

4)StopHandler：SCM的停止程序；

每个SCM至少有一个MainHandler，但它可有多个MainHandler和可选的exceptionhandlers。每个Handler由多个transitions、steps和synchronizationblocks组成。SCM只能允许一个Handler在运行，其它的Handler（已组态且有过程条件）只能等待。当指定的条件满足，则MainHandler的顺控程序停止，exceptionhandler(Abort,Stop,Hold,andInterrupt)开始顺序执行异常程序。

Handler的结构包括Transition功能块，即条件判断功能块，和Step功能块，即执行动作功能块。Transition的条件满足时，Step的动作才执行，否则不执行。

SCM有IDLE，RUNNING，STOPPED，HELD，ABORTED等执行状态，各执行状态有不同优先级，各状态之间转换遵照以下优先级执行。

2、烯烃分离气相，液相干燥器工艺流程和顺控要求：

乙烯和丙烯的混合物经产品气压缩机三段压缩后，经氧化物吸收塔除去二甲醚等氧化物，再经碱洗塔，用NaOH溶液洗涤反应气，除去CO2等酸性杂质，气相烯烃产品进入气相干燥器，液相烯烃混合物进入液相干燥器，脱除烯烃产品中的水分。两台干燥器都采用顺序程序控制，总有一台处于干燥产品气的操作状态，而另一台处于再生或备用状态。气相干燥器分解动作28步，控制23个开关阀动作，顺序控制表如下：

O=OPEN，C=CLOSE，X=阀位维持不变液相干燥器的控制要求与气相干燥器控制要求类似，主要是控制阀门的数量和动作步骤不同，顺控程序的结构设计和实现方法相同，本论文主要叙述气相干燥器的顺控程序结构设计与实现。

3、气相干燥器顺控结构设计与实现：

1）由于顺控的步骤多，控制的阀门多，在顺控程序设计时，如果采用常规的设计方法，在程序的每步都要对23个阀门进行控制，顺控步骤会比较繁多，复杂。在本次的干燥器顺控设计中，采用了主程序Main程序和Slave程序的设计结构。先定义一个NUMERIC的变量STEP，主程序每走一步，STEP加1。

2）给每个阀门定义一个NUMERICARRAY变量，依次命名为XV-001，XV-002，…XV-023，每个变量由28个数构成，即PV[1，2，…28]，PV[1，2，…28]的值分别对应该阀门在1，2，…28步中的DEVCTLA.GOP值，GOP=4表关阀，GOP=5表开阀。各个阀门在1，2，…28步中的DEVCTLA.GOP值按照顺序控制表中的开，关阀门要求进行预设。

3）再定义一个FLAG变量SUB_START，作为Slave程序的启动开关。在Main程序的每一步条件判断中，均要判断SUB_START是否为OFF，如果SUB_START=OFF，Main程序才能执。Main程序在执行每一步动作时，先把SUB_START置为ON，启动Slave程序，在Slave程序结束步，把SUB_START置为OFF。

4）Slave程序在SUB_START=ON条件满足时，开始执行Slave程序，每个阀门按照预设的NUMERICARRAY变量值执行动作一次。动作完成后，判断阀门状态与预设值是否一致，如果一致，Slave程序结束，并把SUB_START置为OFF，否则停止执行下一步。

图10：Slave程序结构设计

4、结束语：

PKSSCM采用Main程序和Slave程序的结构设计方法，极大地简化了批量逻辑的实施，程序结构清晰，维护操作更直观、方便，特别适合甲醇至烯烃的气相，液相干燥器顺序控制要求。对于要求控制阀门数量较多，控制步骤多的顺序控制，SCM采用Main程序和Slave程序的结构设计方法具有可通用性。

参考文献:

1.《甲醇制烯烃工艺》，化工工业出版社，作者：樊红珍、孙晓伟主编

2.《控制系统设计》，清华大学出版社，王广雄，何朕

3.《ExperionPKS过程知识系统》，天津霍尼韦尔自动化学院石兴福