中石化揚子石化芳烴吸附分離裝置移動床控制系統項目

北京康吉森自動化設備技術有限公司

1 項目背景

芳烴和乙烯是石油化工的兩大支柱，自上世紀80年代起我國的石化建設突飛猛進，但是關鍵技術往往需要從國外引進。中國是世界芳烴產品對二甲苯（PX）第一消費大國，但長期沒有自己完整的芳烴成套技術，多年以來一直采用巨資引進國外技術的方式建設芳烴生產裝置。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雜的模擬移動床控制系統，其核心技術中國人一直沒有掌握。

為了突破國外的技術封鎖，實現中國石化具有自主知識產權的成套芳烴技術的開發，中國石化集團公司決定以揚子石化公司為試驗基地，自主成套芳烴關鍵技術，研發模擬移動床控制系統（Moving-beds Control System，MCS）。

2 項目實施與應用

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

中石化揚子石化芳烴吸附分離裝置移動床控制系統項目通過中國石化工程建設公司（SEI）和康吉森強強聯手，由專利商和系統集成商共同攻關MCS系統。

2011年9月，芳烴示范裝置現場設備安裝基本完畢，MCS系統進入現場調試階段。為了共同的目標，來自不同單位的工程人員通力合作，日夜奮戰在芳烴吸附分離示范裝置的現場。經過持續測試和對程序的反復修改，MCS系統程序逐步滿足了工藝的各項要求，并優化了操作功能。

2011年10月7日，MCS系統在揚子PX示范裝置正式投入使用后，立刻取得了非常好的效果：程控閥容錯特性優異，192臺閥門中的任意一臺故障均不影響系統的運行；流量切換響應迅速，時間滯后不到3秒；塔壓波動±0.03MPa，大大優于±0.08MPa的原設計值，達到并部分超過了UOP和AXENS同類裝置的指標。2011年10月9日開車成功，產品全部合格！

3 項目創新點分析

（1）技術難點的突破

MCS系統研發和設計有兩大難點：第一是國外技術壁壘造成研發的參考資料少，相關技術經驗也少，只能通過團隊長期的探索和不斷的實驗解決技術問題。第二是系統本身非常復雜。由于試驗裝置的本身特性決定，本次MCS系統研發的難點還在于必須適應各種復雜的工況：PX和PDEB兩種不同的物料、19種操作方案、11個控制回路的參數整定、192臺程控閥各不相同的容錯特性以及向外沖洗、分時沖洗、切除沖洗等國外沒有的技術特點，每一種方案都會影響到其他程序邏輯的設計，系統極其復雜。而上述這些技術要求和指標全部來自一段只有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攻關組成員經過18個月的不懈努力，克服了各種困難，終于成功編寫完全部程序，最終的系統邏輯圖共有242頁，包括38種函數模型、4484個內部變量、5000多個邏輯模塊，編譯后的程序語句數超過了36000行。

根據非常有限的工藝說明文字完成整體程序的編寫和邏輯關系的梳理，最終實現復雜的控制功能，這是MCS開發團隊最重要的技術突破。

（2）工程服務能力的展現

由于MCS系統是第一次應用，沒有開車先例，沒有經驗參數，一切調試都僅依據前期研發的系統控制程序和工藝理論參數。

而且MCS系統控制的主體是純液相系統，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，允許波動范圍很小，如果壓力超范圍波動則有損壞塔盤的危險，上億元的設備必將損壞，工期也必將延誤。

頂著巨大的壓力，康吉森的工程師和SEI、揚子石化技術人員一道開始了調試工作。MCS團隊依據研發和編程階段的模擬測試，在現場無介質的狀態下對工藝參數、PID進行不斷的實驗和修改。一個月的調試時間非常有限，調試期間所有團隊成員放棄休息，在開車前的一周更是夜以繼日的調試。每一個回路都經過了不斷的調試、修改、完善直到通過。

作為MCS系統供應商的康吉森，在中國首套自主知識產權芳烴吸附分離示范裝置的建設中不僅發揮了供應商應有的作用，而且在研發和調試工作中承擔了技術難點攻關的重任，康吉森人對技術的鉆研精神和對客戶的服務精神在MCS項目中得到了一次集中的體現。

（3）工程執行模式的創新

對于康吉森來說，MCS項目遠超越普通工程項目的范疇，更是一次全新工程執行模式的探索。

早在2009年，康吉森就與SEI簽署了戰略合作協議，雙方合作的成功為國內石化領域系統供應商提供了一個全新的合作模式：即工程公司作為專利商牽頭，與系統供應商聯合研發和推廣專有技術的系統應用，共同實踐專有技術的工程實施。簡單說來，專利商聯合供應商，專利技術配合專有系統。這個系統成套模式對于石化領域很多裝置，特別是復雜和技術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的完整和準確執行。這個模式也是國外專利商經常使用的，但國內主流工程公司和系統供應商合作使用此類系統成套模式尚屬起步階段。

北京康吉森公司工程部成立已經超過十年，工程經驗的長期積累和總結為工程技術整體水平的升華打下了堅實的基礎。康吉森的工程執行能力也逐步由工程執行者轉變為專業領域的技術專家、工程專家，與專利商在特殊系統中的深度技術合作顯得如魚得水。這種工程合作的模式改變了以往的“專利商設計院出圖，供應商照做”的老模式，面對石化領域全新的工藝、全新的系統，共同開發和深度合作的創新模式為國內石化行業探索出一條新路。

4 效益分析

從實際運行來看，MCS系統性能可靠，控制平穩，可操作性強，綜合性能已經達到目前國際同類技術水平。依靠MCS系統控制的吸附分離過程，在區域切換時吸附塔的最大壓差為0.8Bar，各區域流量控制穩定，大大優于同類采用IFP工藝的裝置；PX吸附分離運行工況下，吸附塔抽出液和吸余液組成進行歸一計算，PX純度達99.7%以上，收率97%以上，達到了國際先進水平；MCS控制系統中預設了19種不同的工況，在工況切換時，控制平穩，不影響裝置產品的正常生產，可操作性強。

裝置設計中同時考慮了以乙苯裝置副產的混和二乙基苯為原料通過吸附分離過程生產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，示范裝置進入到PDEB生產工況，MCS系統進行組態修改后調試并投用，生產出合格的PDEB產品。在裝置的運行期間MCS系統運行良好，進出吸附塔各物料流量穩定，泵、壓送環路流量在不同區域之間切換迅速、平穩，吸附塔底壓力穩定，取得了良好的經濟效益。