年產(chǎn)2.5萬噸丙烯腈（AN）裝置（后擴(kuò)產(chǎn)為4萬噸）系引進(jìn)美國SOHIO公司丙烯氨氧化法技術(shù)，以丙烯（C3H6）、氨（NH3）和空氣（AIR）為原料，采用國產(chǎn)MB-96微球型催化劑（后經(jīng)過多次更新，現(xiàn)為MB-99），在流化床反應(yīng)器中生成AN、乙腈、丙烯醛、氫氰酸及一些重組分；反映氣體經(jīng)過急冷、吸收、精餾等過程得到AN，其工藝較為完善合理。目前世界上生產(chǎn)AN的裝置大都應(yīng)用該工藝路線，具有一定的*水平，工藝過程中的控制測量系統(tǒng)采用日本橫河公司生產(chǎn)的CENTUM-V型集散控制系統(tǒng)（DCS），一次儀表主要以ROSEMOUNT公司生產(chǎn)的1151系列變送器、西門子公司的氧分析儀、DKK公司的PH計以及其他現(xiàn)場儀表。全裝置共有98套控制系統(tǒng)（含復(fù)雜控制系統(tǒng)）、386個工藝參數(shù)檢測點(diǎn)和12套聯(lián)鎖系統(tǒng)。由于設(shè)計合理，整個裝置的自控、檢測亦達(dá)到了相當(dāng)高的水平。該裝置自投用以來，DCS系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、狀態(tài)良好，有力地保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　在丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的生產(chǎn)中，流化床反應(yīng)器（R101）是整個工藝的設(shè)備。其工藝條件操作控制的好壞，直接影響到丙烯腈的產(chǎn)量、原材物料的消耗等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。因此，精密控制、準(zhǔn)確測量反應(yīng)器的有關(guān)工藝參數(shù)，是保證正常生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益的重要條件。由于采用了較為*的DCS系統(tǒng)，使得流化床反應(yīng)器的控制與測量系統(tǒng)具有模擬儀表不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別是較為*的控制技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，本文將對其進(jìn)行著重闡述。

二、 工藝概述
帶控制點(diǎn)的工藝流程簡圖參見附圖一。
　　液態(tài)的丙烯與液氨經(jīng)過氣化后，在管路中匯合后經(jīng)反應(yīng)器底部的丙烯、氨分布器進(jìn)入反應(yīng)器，壓縮空氣經(jīng)反應(yīng)器底部的空氣分布器進(jìn)入反應(yīng)器，三種物料在處于流化狀態(tài)下的催化劑的作用下，生成丙烯腈。反應(yīng)方程式為：

　　在上述反應(yīng)的同時，還有一系列的副反應(yīng)。主要生成物有乙腈、氫氰酸、丙烯醛等。合成氣體中夾帶有催化劑，經(jīng)反應(yīng)器上部的旋風(fēng)分離器分離，絕大部分催化劑返回到反應(yīng)器中重復(fù)使用。反應(yīng)氣體經(jīng)過反應(yīng)氣體冷卻器（E102）冷卻后，再經(jīng)中和、吸收、萃取、精制等一系列過程的處理，得到成品丙烯腈。

1） R101反應(yīng)溫度的粗調(diào)
　　由于丙烯、氨氧化法合成丙烯腈的過程為一強(qiáng)放熱反應(yīng)，工藝上在R101反應(yīng)段共加了３２組降溫水管和?組過熱管，管內(nèi)通以軟水，通過軟水汽化產(chǎn)生蒸汽，從而帶走反應(yīng)所放出的熱量。生產(chǎn)中，可根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的大小投運(yùn)不同數(shù)量的降溫水管。特別是在反應(yīng)器R101的開車階段和負(fù)荷調(diào)整階段,用該種辦法可對反應(yīng)溫度進(jìn)行粗調(diào)。

2） R101反應(yīng)溫度的細(xì)調(diào)
　　通過R101反應(yīng)溫度的粗調(diào)，可獲得一定幅度內(nèi)的反應(yīng)溫度，但由于多種干擾因素的影響，造成反應(yīng)溫度的不穩(wěn)定，進(jìn)一步的細(xì)調(diào)則采用了如圖三（見下頁）所示的溫度自控系統(tǒng)，所用儀表及機(jī)能見表一。本控制系統(tǒng)實(shí)為一反應(yīng)溫度為主參數(shù)，丙烯、氨、空氣流量為副參數(shù)的串級比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其基本構(gòu)思是：在丙烯腈生產(chǎn)負(fù)荷基本穩(wěn)定的情況下，由于其反應(yīng)放熱近似為恒量，當(dāng)投入一定量的降溫水管后，反應(yīng)放熱與降溫水管所帶走的熱量基本保持平衡。如果由于受到某種干擾，反應(yīng)溫度產(chǎn)生一偏差時，調(diào)節(jié)進(jìn)入R101的丙烯進(jìn)料量，在比值系統(tǒng)的作用下，氨、空氣的進(jìn)料量亦隨之變化，使其穩(wěn)定在給定值上。

本控制系統(tǒng)有以下幾個特點(diǎn)：
A） 反應(yīng)溫度的測量：由于R101的直徑較粗，單一個測溫點(diǎn)不足以反映反應(yīng)溫度，選取在R101反應(yīng)段兩個不同的橫截面上，各采用五支不同長度的熱電偶分別測量其橫截面上的五點(diǎn)溫度，然后取其平均值。

TY1127（PV）和TY1122（PV）送至TX1127（選擇開關(guān)）在實(shí)際操作中，可根據(jù)工藝狀況選擇TY1122（PV）或TY1127（PV），作為R101的反應(yīng)溫度值。

B） 為了確保生產(chǎn)負(fù)荷，在設(shè)計中考慮到對原料丙烯的投入設(shè)定量FS1101，并將原料丙烯的純度值FS1102（經(jīng)人工分析得出）輸入到FY1101。經(jīng)FY1101計算后，分別輸出到FF1100[SV=1.05]與FF1101[SV=0.95]，兩者分別送低值選擇器FS1103與高值選擇器FS1104,在與TC1103的MV值進(jìn)行比較選擇后,作為FC1101的給定值,顯而易見由于以上條件的約束,其生產(chǎn)負(fù)荷可控制在95%～105%之間,亦即在R101降溫水管投運(yùn)使操作溫度得到一定范圍的粗調(diào)后,利用進(jìn)料量來控制反應(yīng)溫度時,其生產(chǎn)負(fù)荷的可調(diào)量為10%（105%～95%）,由此確保了產(chǎn)品產(chǎn)量。

C） 丙烯、氨、空氣分別設(shè)有各自的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并分別進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償，可以準(zhǔn)確的測量其流量，并為準(zhǔn)確的控制氨烯比、氧烯比和測量R101內(nèi)的線速度等，提供了充要條件。
針對丙烯、氨、空氣的溫壓補(bǔ)償，CENTUM 系統(tǒng)專門設(shè)計了一個函數(shù)

RD——表示丙烯、氨、空氣未經(jīng)補(bǔ)償?shù)牧髁?br />P——表示丙烯、氨、空氣當(dāng)前的壓力
T——表示丙烯、氨、空氣當(dāng)前的溫度
Tb——表示溫度設(shè)計參考值
Pb——表示壓力設(shè)計參考值
Ts——表示溫度儀表量程值
Ps——表示壓力儀表量程值
這里，將丙烯、氨、空氣流量在DCS中的計算公式陳列如下，具體推導(dǎo)過程暫且省略：
FC-1101：
A=5.045
B=0.1722
C=2.731
D=TPC（RD，PV（PR1103），PV（TC1105），A，B，C）
PV=D

FC-1102：
A=5.045
B=0.1722
C=2.731
D=TPC（RD，PC（PR1104），PV（TC1106），A，B，C）
PV=D

FC-1103：
A=3.248
B=PV（PI1124）+0.26
C=PV（TI1187）+1.09
D=（A*B）/C
E=SQRT（D）*RD
PV=E

　　當(dāng)反應(yīng)溫度受到干擾因素的影響偏離設(shè)定值時，TC1103的輸出改變，通過FS1103，F(xiàn)S1104進(jìn)行高低值選擇后，作為FC1101的給定值，調(diào)整進(jìn)料C3H6的流量。進(jìn)料C3H6量的 PV值在FY1102進(jìn)行C3H6純度修正后，分別由FF1102、FF1103，按所設(shè)定的氨烯比與氧烯比計算出所需的原料氨及空氣流量的設(shè)定制，由FC1103控制進(jìn)料氨 與空氣的流量 ，從而達(dá)到原料的比值控制。

D） 設(shè)置了FI1103低值連鎖系統(tǒng)，當(dāng)空氣流量FC1103低于一定值，將對R101催化劑造成危害時，連鎖相關(guān)電磁閥緊急停車 ，保證催化劑的安全。
E） 設(shè)置了 FF—1111H（氧烯比）高值連鎖系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)中丙烯中斷時，可表現(xiàn)在氧烯比過高。當(dāng)氧烯比達(dá)到危險值時，F(xiàn)F—1111聯(lián)鎖相關(guān)電磁閥中斷反應(yīng)器進(jìn)料，進(jìn)行緊急停車。
F） 設(shè)置了F1112L（氨烯比）低值聯(lián)鎖系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中，如果氨中斷，可表現(xiàn)在氨烯比過低，當(dāng)該值達(dá)到危險值時，F(xiàn)1112L聯(lián)鎖相應(yīng)電磁閥，中斷R101進(jìn)料，緊急停車。

2. 氨烯比（NH3/C3H6）
　　實(shí)踐證明：當(dāng)氨烯比小于理論值時，會生成大量的丙烯醛、使AN的收率降低，并為后續(xù)精制工段帶來困難，易造成產(chǎn)品AN內(nèi)含丙烯醛太高而造成產(chǎn)品不合格。反之，若NH3/C3H6過高，AN 的收率亦不增加，反而使NH3耗過高，加重了后處理急冷塔的負(fù)擔(dān)，同時增加了用于中和過剩NH3的硫酸消耗用量。

3. 氧烯比（AIR/ C3H6）
　　理論上講提高氧烯比有利于單收，中要原因是增加了催化劑的活性，但因?yàn)榭諝庵兄挥醒鯀⑴c反應(yīng)，因此，當(dāng)AIR/ C3H6過大時，惰性氣體量（主要是N2）增加，混合氣體中的C3H6與NH3濃度相對降低，空氣過剩，降低了生產(chǎn)能力。但若過低，反映過程缺氧，從而引起催化劑的活性下降，甚至使催化劑失去活性而報廢。