化工仿真模拟过程系统操作要点ppt课件.ppt

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1、,1,过程系统操作要点,四熟悉 1.熟悉工艺流程 2.熟悉操作设备 3.熟悉控制系统 4.熟悉开车规程 两分清 1.分清调整变量和被调变量 2.分清是直接关系还是间接关系,2,过程系统操作要点,分清强顺序性和非顺序性操作步骤1.强顺序性操作步骤是指操作步骤之间有较强的顺序关系，操作前后顺序不能随意更改。(考虑到生产安全；由于工艺过程的自身规律，不按操作顺序就开不了车。)离心泵和往复压缩机不按低负荷起动规程开车，步骤分得不到。而往复压缩机不先开润滑油系统就冲转，或加热炉中无流动物料就点火升温，必然导致轴瓦超温和炉管过热事故。脱丁烷塔回流罐液位很低时就开全回流，必然会抽空，这是工艺过程的自身规律2

2、.非顺序性操作步骤是指操作步骤之间没有顺序关系，操作前后顺序可以随意更改。间歇反应前期的备料工作，先备哪一种都可以。往复压缩机冲转前的各项准备工作大多是非顺序性的,3,过程系统操作要点,阀门应当开大还是关小 阀门的开和关与当前所处的工况以及工艺过程的结构直接相关，其原理同调节器。调节器呈现正偏差，此时若输出信号减小，称为正作用。调节器呈现正偏差，此时若输出信号增大，称为反作用。把握粗调和细调的分寸 粗调是指大幅度开或关阀门，细调是指小幅度开或关阀门。当工艺过程容易产生波动，或对压力和热负荷的大幅度变化会造成损伤或不良后果的场合，粗调的方式必须慎用，而小量调整是安全的方法。,4,过程系统操作要点

3、,操作时切忌大起大落 大型化工装置无论是流量、物位、压力、温度或组成的变化，都呈现较大的惯性和滞后特性。初学者或经验不足的操作人员经常出现的操作失误就是工况的大起大落。典型的操作行为是当被调变量偏离期望值较大时，大幅度调整阀门。由于系统的大惯性和大滞后，大幅度的调整一时看不出效果，因而继续大幅度开阀或关阀。一旦被调变量超出期望值，又急于扳回，走入反向极端。这种反复的大起大落形成了被调变量在高、低两个极端位置的反复振荡，很难将系统稳定在期望的工况上。正确的方法是：每进行一次阀门操作，应适当等待一段时间，观察系统是否达到新的动态平衡。权衡被调变量与期望值的差距再作新的操作。越接近期望值，越应作小量

4、操作。在调节器处于自动状态下反复改变给定值，造成调节器只要有偏差就有输出，因此难于稳定下来，适得其反。这是因为调节器的PID作用也是有惯性的，需要一个过渡过程。,5,过程系统操作要点,首先了解变量的上下限 先考察调节器和指示仪表的上下限。这是变量最大的显示范围。在仪表上下限以内，变量的报警还进一步划分为高限（）和高高限（）、低限（）和低低限（）。其含义是给出两个危险界限，若超第一个界限先警告一次提醒注意，若超第二个界限则必须立即加以处理。还应了解各变量在正常工况时允许波动的上下范围。这个范围比报警限要小。不同的装置不同的变量这个范围要求可能有较大的区别。例如，除计量之外一般对液位的波动范围要求

5、不高。然而有些变量的变化对产品质量非常敏感，则限制很严格。例如，脱丁烷塔灵敏板温度变化零点几度对全塔的工况都有明显的影响。各调节阀的阀位与变量的上下限密切相关。通常在正常工况时，阀位设计在50%-60%左右，使其上下调整有余地，且避开阀门开度在10以下和90以上的非线性区。,6,过程系统操作要点,首先进行开车前准备工作，再行开车 开车前的准备工作繁琐、细致，哪些工作顾及不到都会对开车和开车后的运行构成隐患，因此是开车前的重要环节。开车前的准备工作一般有如下几方面。.管道和设备探伤及试压.拆盲板.管道和设备吹扫.惰性气体置换.仪表校验、调零.公用工程投用.气、液排放和干燥,7,过程系统操作要点,

6、蒸汽管线先排凝后运行 蒸汽管线在停车后管内的水蒸气几乎都冷凝为水。因此再开车向设备送蒸汽前必须先排凝。如果不排凝，这些冷凝水在管线中被蒸汽推动而持续加速，甚至会达到很高的速度，冲击弯头和设备，影响设备的寿命。高点排气，低点排液 依据气体往高处走，液体往低处流的原理，化工设备和管路几乎都在高点设置排气阀，在低点设置排液阀。通常开车时要高点排气，停车时要低点排液。,8,过程系统操作要点,跟着流程走 开车训练时，最忌讳的学习方法是跟着说明书的步骤走，不动脑，照猫画虎。训练完成后还是不知所以然。对于复杂的化工装置，不熟悉流程，不搞清物料流的走向及来龙去脉，开车的各个步骤都可能误入非正常工况。开车规程只

7、是一种特定的开车方法，无法对各种复杂的工况都进行导向。因此没有专门训练过的教员指导，新学员自行开车往往不能成功。熟悉流程的一种快捷方法是“跟着流程走”。关联类操作 复杂的工艺过程往往仅靠一个操作点无法实施操作控制，而需要两个或两个以上操作点相互配合才能稳定工况。这种操作称为关联类操作。,9,过程系统操作要点,先低负荷开车达正常工况，然后缓慢提升负荷 先低负荷开车达正常工况，然后缓慢提升负荷。无论对于动设备或者静设备，无论对于单个设备或者整个流程，这都是一条开车的基本安全规则。如电力驱动的设备，突发性加载会产生强大的瞬间冲击电流，容易烧坏电机。容器或设备的承压过程是一个渐进的过程，应力不均衡，就

8、会造成局部损伤。设备对温度变化的热胀冷缩系数不一致，局部受热或受冷过猛，也会因为热胀冷缩不一致而损坏设备。除以上原因外，对于过程系统而言，特别是新装置或大检修后，操作员对装置的特性尚不摸底，先低负荷开车，达正常工况后可以全面考验系统的综合指标，万一发生问题，低负荷状态容易停车，不会造成重大损失。,10,过程系统操作要点,注意非直线特性关系 所谓直线特性关系是指自变量和因变量的函数关系是一次（直线）关系。然而在实际过程中变量之间的关系常常是非直线特性的，在操作上不能以直线特性的方式调整。例如，间歇反应的邻硝基氯化苯和二硫化碳高位计量槽（通大气）的下料过程，虽然下料阀开度不变，下料流量会随料位高度

9、下降而减小。加热炉的烟气挡板与烟气含氧量的关系是非直线特性的。挡板在小开度和大开度时，即使操作增量相同，对含氧量的影响却不相同。常用的截止阀门，阀门开度和流量的关系也是非直线特性的。又如在物系出现相变时，系统变量之间的关系会出现突变，属于非线性变化。流量和压差呈现平方根关系。pH值在中性点附近变化十分灵敏。组成在物系中的变化往往是非线性的。导致变量之间呈非直线特性关系更普遍、更主要的原因是过程系统中多因素综合作用的相互影响。因此，操作时在不同的状态和工况下，阀位的动作常常不是按固定的直线特性变化。,11,过程系统操作要点,过热保护 凡是接受辐射热的设备开车期间都有过热保护问题。过热保护的主要方

10、法是使接受辐射热的设备和管路内部必须有流动的物料，以便随时将热量带走，否则会因过热而影响设备和管路的使用寿命，甚至损坏。例如:加热炉点火前炉管中必须有流动的物料。65t/h锅炉点火时，再循环阀V17必须打开，使省煤器中的水循环流动，目的在于保护省煤器。过热器疏水阀HV-30用于蒸汽并网前保护过热段炉管。在大型合成氨一段转化炉的对流段，有废热锅炉上水预热器E1205、蒸汽过热器E1203A/B、第一工艺空气预热器E1204、第二工艺空气预热器E1202及物料预热器E1201。在该炉点火升温时，都必须引入流动的水、蒸汽和氮气进行过热保护。依据同样的道理，设备和管道的局部过冷也要防止。例如脱丁烷塔进

11、料前先用C4升压，用以防止进料闪蒸引起局部过冷。,12,过程系统操作要点,建立推动力的概念 差异就是推动力，差异越大推动力越强。压力差是管道中流体流动的推动力。温差是热量传递的推动力。密度差实质上是压力之差，也是流动的推动力。建立物料量的概念 物料处于液态和气态，其质量和体积有较大的差别。通常相同体积的同种物料，液态的质量比气态大得多。同理，相同质量的同种物料气态所占的体积比液态大得多。液体是不可压缩的，气体是可压缩的而且随温度变化，因此，高压下的气体比低压下的同种物料的气体质量大。为了便于比较气体物料的流量，常用标准状态的体积流量为单位。如果工艺过程的压力很高，则实际的体积流量要小。,13,

12、过程系统操作要点,了解物料的性质 化工过程的物料种类繁多，性质各异。了解物料的性质，对于深入理解操作规程、安全运行化工装置和事故处理都有重要意义。例如，65t/h锅炉装置内带有潜热、处于高压的水，一旦减压就会迅速汽化，体积扩大约10倍。其爆炸威力不亚于TNT炸药。间歇反应中的二硫化碳具有流动性好、容易挥发、容易燃烧等特点，其密度比水大且不溶于水，因此存贮时用冷水作水封既能防止挥发又能起冷却作用。二硫化碳引发超压爆炸事故的主要原因是，此种物料随温度上升其饱和蒸汽压迅速上升。以动态观点理解过程的运行 在过程系统内物质处于永恒的物理或化学变化之中。工艺运行的稳态工况并不是静止的概念，而是系统处于动态

13、平衡时的状态。仿真软件为了使学员了解变量的准确值以及物料平衡及能量平衡的数据，没有引入随机扰动的影响。当系统进入稳定工况时，各参数看不出变化，此时千万不能误认为是静止状态。为了防止这种误解，数据每秒钟都特意让其闪动，以说明系统始终处于动态的变化之中。,14,过程系统操作要点,利用自动控制系统开车 采用PID调节器对过程系统进行自动控制，当系统受到扰动时，只要PID参数整定合理，其控制质量总比手动好，而且能持续不停地控制。因此，当手动将某一变量调到设计值后，如果有自动调节系统，最好立即投自动。特别在低负荷达到正常工况后需要提升负荷时，系统越复杂，流程越长，控制点越多，想使全系统平稳且较快地跟踪负

14、荷提升越困难。这种操作的难点在于，负荷每作一次小幅提升，全系统的各操作点都要调整一遍，操作员必须照顾到方方面面，顾及不到、跟踪不及时都会出现波动。这种情况利用自动控制系统自动跟踪最能体现自动控制系统的强大作用。,15,过程系统操作要点,控制系统有问题立即改为手动 控制系统有问题立即切换为手动是一条操作经验。但需要说明控制系统的故障不一定出现在调节器本身，也可能出现在检测仪表或执行机构或信号线路方面。切换为手动包括直接到现场手动调整调节阀或旁路阀。热态停车 热态停车是指停车时不把系统停至开车前的状态（称为冷态）。此状态下系统中可能大部分设备仍处于开车状态或低负荷状态。这是某些事故状态下的合理的处

15、理方法。也就是说许多事故状态并不一定要将全系统都停下来，可以局部停车，将事故排除后能尽快恢复正常。热态停车的原则是：处理事故所消耗的能量及原料最少，对产品的影响最小，恢复正常生产的时间最短。在满足事故处理的前提下，局部停车的部位越少越好。,16,过程系统操作要点,找准事故源从根本上解决问题 这是处理事故的基本原则。如果不找出事故的根源，只采用一些权宜方法处理，可能只解决一时之困，到头来问题依然存在。或者付出了更多的能耗以及产品质量下降等代价。当然对于复杂的流程找准事故源常常不是一件容易的事情，需要有丰富的经验、冷静的分析、及时且果断的措施，在允许的范围内甚至要作较多的比对试验。根据物料流数据判

16、断操作故障 从物料流数据可以判断出系统是否处于动态物料平衡状态，如果不平衡问题出于何处，在同一流动管路中可能有哪些阀门未开或开度不够，是否忘记关小分流阀门导致流量偏小，管路是否出现堵塞，是否有泄漏以及泄漏可能发生的部位，装置当前处于何种运行负荷，装置当前运行是否稳定，不同物料之间的配比是否合格等。因此，操作过程中应随时关注物料流数据的变化，以便及时发现问题及时排除故障。,17,过程系统操作要点,投联锁系统应谨慎 联锁保护控制系统是在事故状态下自动进行热态停车的自动化装置。开车过程的工况处于非正常状态，而联锁动作的触发条件是确保系统处于正常工况的逻辑关系，因此只有当系统处于联锁保护的条件之内并保持稳定后才能投联锁，否则联锁系统会频繁误动作，甚至无法实施开车。开车前操作员必须从原理上搞清楚联锁系统的功能、作用、动作机理和联锁条件，才能正确投用联锁系统。,18,过程系统操作要点,优化开车的基本原则 优化开车是学员技术水平的综合体现。大型复杂装置的优化开车是一个永恒的值得探索的课题。本次仿真训练重点讨论开车问题，也只涉及了一些典型的单元操作和部分流程的一种或两种开车方案。当然这些规程都来自工业实际，并且可以举一反三。仿真训练虽然无法面面俱到，但可给出优化开车的基本原则：即以最少的能耗、最少的原料及环境代价、在最短的时间内安全平稳地将过程系统运行至正常工况的全部设计指标以内。,