1薄膜蒸发器夹套加热控制系统设计
传统的小型丙烯酸装置，由于薄膜蒸发器处理能力小，外形尺寸较小，整个设备外部介质蒸汽加热夹套为一个壳体，其加热介质控制系统是通过采用温度－流量串级调节回路来实现的，主要通过改变进薄膜蒸发器夹套加热介质流量大小，来控制薄膜蒸发器底部重组分物料的温度，以保证设备的正常运转。传统小型薄膜蒸发器夹套加热控制系统见图2。采用温度－流量(TIC110－FIC110)串级控制系统实现:通过串级系统的副环回路FIC110，改变进入薄膜蒸发器夹套加热介质流量的大小，达到稳定控制薄膜蒸发器底部重组分物料的温度TI－110，保证设备的正常运转。在80kt/a及以上规模丙烯酸装置中，薄膜蒸发器外形尺寸较庞大，其蒸发表面积均大于10m2，甚至达到35m2以上，如果整个设备外部介质加热夹套仍为一个壳体，大蒸发表面积所需要的夹套介质加热温度极难平稳控制，难以保证薄膜蒸发器整体的介质加热效果和内部筒体工艺物料的均衡蒸发效果。因此，80kt/a及以上规模丙烯酸装置中，根据薄膜蒸发器蒸发表面积大小，夹套加热筒通常为上中下三段，此时通过单一控制进入薄膜蒸发器夹套介质流量，无法精确控制薄膜蒸发器各部分夹套内的介质温度，进而无法保证薄膜蒸发器内部工艺物料的蒸发效果。丙烯酸装置薄膜蒸发器夹套加热介质控制系统，包括薄膜蒸发器工艺介质、夹套加热筒、热介质蒸汽、轻组分气体、蒸汽冷凝液、未挥发重组分工艺物料。其特征在于，薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒，大型薄膜蒸发器夹套加热控制系统见图3。工艺介质由进口进入，轻组分气相由出口导出，未挥发工艺物料由出口排出，所用蒸汽由厂区外管网引来，经FI－110仪表计量，再经PV－111调节阀送入上、中段夹套加热筒，经过PV－112调节阀送入下段夹套加热筒，加热后的热介由出口排出;在进入上、中段夹套加热筒的蒸气管道上，设有压力调节系统PIC－111;在进入下段夹套加热筒的蒸汽管道上，设有压力调节系统PIC－112;在薄膜蒸器下端，临近未挥发重组分工艺物料出口位置处，设有温度检测器TE－110，检测未挥发工艺物料温度，连接温度变送器，组成温度调节系统TIC－110，其调节器为主调节器。压力调节系统PIC－111，其调节器为副调节器。主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号，为串级调节系统;温度检测器TE－110，连接温度变送器，组成温度调节系统TYIC－110系统，其调节器为主调节器，压力调节系统PIC－112，其调节器为副调节器，主调节器的输出仪号作为副调节器的给定仪号、为串级调节系统;这种复杂的串级调节系统，适用于时间常数大、纯滞后大的控制对象。基于上述控制方案，根据薄膜蒸发器底部重组分物料的温度，确定控制进入薄膜蒸发器各段夹套加热筒加热介质物流的压力，进而控制各段夹套内的加热介质温度，以保证薄膜蒸发器底部重组分物料的加热温度稳定，确保薄膜蒸发器的蒸发效果，同时避免工艺物料的瞬间过热聚合、结垢及干烧等事故产生。
2具体实施案例
根据80kt/a丙烯酸装置规模及处理能力，丙烯酸甲酯单元薄膜蒸发器V－110设备蒸发表面积为35m2，为保证外部夹套蒸汽加热效果均衡稳定，V－110外部夹套设计为上中下三段，见图3。蒸汽控制方案就是控制蒸汽压力调节夹套加热温度。当薄膜蒸发器底部重组分物料的温度过低时，调整蒸汽进料的控制阀开度可以使薄膜蒸发器底部重组分物料的温度上升。对于丙烯酸这种热敏性物料，灵活地控制夹套蒸汽加热温度，可以大幅减少工艺物料的聚合风险，以保证薄膜蒸发器正常运行。聚合主要原因是薄膜蒸发器内筒壁表面温度过高。内筒壁温与工艺物料的流速、物料性质，如粘度、所含轻组分的组成、蒸发速率及热回流比等多种因素有关。为防止聚合，控制薄膜蒸发器底部温度相对其中、上部温度偏低是非常有益的。薄膜蒸发器上分割成三个独立的夹套加热筒。这种多段的夹套蒸汽加热温度，通过蒸汽压力调节控制，可以进行准确控制。同时为了保证生产操作安全、稳定，避免物料过热聚合、结焦及干烧事故产生，在DCS系统中，需输入报警联锁参数:上、中段夹套蒸汽加热温度允许最高值;下段夹套蒸汽加热温度允许最高值。
3结语
某80kt/a丙烯酸装置已经建成，生产实际运转证明，此薄膜蒸发器蒸汽系统的控制方案，没有发生过物料过热聚合、结焦及干烧事故，避免了生产运行中不安全因素，保证了设备的操作安全、稳定运行。
作者：李欣平 单位：中石油东北炼化工程公司吉林设计院
