吸附塔泵送循環控制閥運行狀況的分析與評價

曾志鑫

（福建福海創石油化工有限公司，福建 漳州 363216）

原吸附分離循環泵高精閥PV705/FV715滿足不了控制要求，嚴重影響芳烴聯合裝置吸附分離的效果。為實現芳烴聯合裝置的正常運轉，對4臺進口高精閥進行國產化改造。

1 吸附分離工藝流程簡介

PXⅠ/PXⅡ的吸附分離工藝采用法國AXENS公司的ELUXYL工藝，該工藝利用模擬移動床原理，實現固液相連續逆向分離，生產高純度的對二甲苯。其工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 吸附分離工藝流程簡圖Fig.1 Schematic diagram of adsorption separation process

圖2 PV705流量特性曲線圖Fig.2 PV705 Flow characteristic curve

ELUXYL工藝是由兩個串聯的吸附塔、循環泵、144個程控閥組成的模擬移動床裝置。每個吸附塔內有12個床層，A塔No.1～No.12床層，B塔No.13～No.24床層。利用二用一備的循環泵，將兩個塔首尾相連，使24個床層形成一個閉合回路，循環泵就維持液流周期性地繞24個床層循環。144個程控閥用來周期性地改變各物料進出口位置，但各物料間的相對位置（間隔的床層數和相互次序）保持不變。

串聯操作的吸附塔（C201A/B）均由12個吸附劑床層構成，塔內充滿液體。兩塔之間通過吸附塔循環泵（P202A/B/C）相連，循環液通過P202A和P202B由一個吸附塔的底部打入另一個吸附塔的頂部來實現循環操作， P202C作為P202A/B的備用泵。其中，由C201A到C201B的循環線為壓力控制（PV705），而由C201B到C201A的循環線則為流量控制（FV715）。吸附劑對不同C8芳烴同分異構體的相對選擇性的差異導致了吸附塔內的特定濃度分布，故循環液的流量和組成并非固定不變，而是隨所處吸附區域的不同而變化。

2 吸附塔泵送壓送調節閥更換的背景及技術要求

現場原使用的調節閥為某進口套筒閥，但是控制精度一直未能滿足要求，嚴重影響芳烴聯合裝置的正常運轉。綜合分析有幾點原因：①閥內件結構設計有問題，此閥門為窗口式套筒結構，其流量特性曲線為非直線型，調節精度較低，無法滿足高精閥的控制要求；②原來的西門子定位器精度不足，西門子定位器采用壓電閥控制進入執行機構的氣量，當氣路有漏氣時，會不斷地對執行機構進行補氣，造成閥位波動；③閥門氣缸偏小，使得氣缸的輸出力矩不足，進而造成調節閥動作不平穩，因此必須更換這4臺高精閥。

圖3 FV715流量特性曲線圖Fig.3 FV715 Flow characteristic curve

其技術要求有：整體測量控制回路精度至少小于0.2%。行程變化量為100%時，調節時間小于15s；行程變化量為10%時，調節時間小于5s；行程變化量為1%時，調節時間小于3s；行程變化量為0.1%時，調節時間小于2s。以上行程變化量為相對值，例如，從50%～60%變化可認為是10%的變化，動作延遲時間在1s以內，調節時間小于5s，超調量小于變化量的2%，閥門穩態誤差小于0.2%。關于控制品質，閥門廠家在出廠前試驗時須做出控制曲線交專利商AXENS確認，以上各指標均以AXENS最終確認為準。

由于使用進口閥門價格昂貴，且交貨周期較長，因而決定在國內尋找合格供應商。經過前期的技術澄清，到后來的入廠考察、簽訂技術協議等，最終確定由有相關高精閥業績的國內閥門制造商——無錫智能閥門公司生產的平衡密封性套筒調節閥入圍。

3 吸附塔泵送壓送調節閥的主要改進措施及特性測試

3.1 吸附塔泵送壓送調節閥的主要改進措施

1）新閥增大了執行機構，氣缸直徑從450mm增加到550mm，閥門動作重復性更加優越，即在相同閥位的控制信號作用下，閥門實際閥位位置保持一致，較舊閥更為優越。

2）新閥加長了閥門總行程，從130mm增加到200mm，調整精度更精確。

3）閥桿加粗，減少或避免介質流過閥芯造成的柔性振動。

表1 PV705在各工況流量下對應的開度Table 1 Corresponding opening degree of PV705 under each working condition flow

4）閥內件結構變動，舊閥套筒為窗口結構，新閥套筒為均勻多孔結構，新閥精度更高。

5）更換氣動放大器，由SMC品牌更換成FISHER品牌2625型氣動放大器，提升氣動附件靈敏度，減少由于氣路漏氣造成的閥門振蕩。

6）剛開車時處于低負荷運行，閥門實際開度為45%左右，尚保留有提量空間，再提高負荷時閥門的調控性能應會更加優越。

3.2 吸附塔泵送壓送調節閥特性測試

1）PV705/FV715固有流量特性曲線，如圖2、圖3所示。

2）閥門在各要求工況流量下對應的開度，見表1、表2。

由圖2、圖3及表1、表2所測試的數據分析得出：①測試調節閥的流量特性，此4臺調節閥滿足直線型流量特性要求；②PV705的使用開度在24%～89.7%之間，FV715的使用開度在21.84%～89.7%之間，滿足調節閥使用準則；③測試得出的調節閥開度與理論計算值相差小于2%，完全滿足現場流量要求。

3）閥門動態響應測試曲線，如圖4所示。

由圖4所示，由于新閥門的運動部件以高精度加工為主，達到低的摩擦，在FISHER定位器配合下實現較高的靈敏度，該閥對測試信號上下行程均具有很好的動態響應與穩定性。

4 吸附塔泵送壓送調節閥運行情況分析

自2014年3月15日開工投用以來，經多次PID參數的整定優化，此4臺閥門使用情況良好。目前吸附裝置操作在112%的進料負荷，循環流量和系統壓力能正常控制，PX純度在99.83以上，產品收率在98%以上，整體工藝性能良好。

1） 吸附塔循環泵循環流量分析

根據截取的P202B出口流量示值FI-715可以看出，流量示值呈周期性穩定變化，不同的物流注入和抽出按照固定的床層間隔由順序控制系統（SCS）沿吸附塔逐個床層進行步進切換，24個步進為一個周期，每個步進約75s，一個周期約30min。其與工藝包提供商AXENS的工藝要求吻合。

表2 FV715在各工況流量下對應的開度Table 2 Corresponding opening degree of FV715 under various working conditions

圖4 閥門動態響應測試曲線Fig.4 Valve dynamic response test curve

圖5 循環泵的循環流量Fig.5 Circulation flow of circulating pump

圖6 吸附塔壓力變化圖Fig.6 Pressure change diagram of adsorption tower

2） 吸附塔壓力分析

由6圖可知，吸附塔循環泵P-202A的入口壓力PI705在30min的周期內，壓力波動在30KPa以內，控制相對平穩，滿足AXENS的要求。

閥門投運后，各床層的壓差均在34KPa～36KPa范圍內，最大壓差出現在B塔第4層床層僅38.8KPa，完全滿足AXENS關于床層的壓差必須控制在45KPa范圍以內的要求。芳烴聯合裝置從2018年12開車至今，此4臺泵送循環控制閥未出現任何問題，完全能夠滿足吸附分離程序控制的苛刻要求，證明本次的改造是成功的。

5 結束語

吸附塔泵送循環控制閥作為芳烴吸附分離裝置最為重要的控制閥門，其質量的好壞直接影響芳烴聯合裝置的正常運行。長期以來，此種高精閥門一般由國外品牌壟斷，此次國產化閥門的正常使用，為國內同類裝置的使用提供了更多借鑒，其意義重大。