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案例頻道 1、概述
甲醛用途廣泛、生產工藝簡單、原料供應充足的大眾化工產品，是甲醇下游產品的主干，世界年產量在2500萬噸左右，30%左右的甲醇都用來生產甲醛。甲醛生產過程是個復雜的化學反應過程，對于甲醛裝置的操作，以前人們是憑借實踐檢驗和單元組合式儀表來進行的，由于缺乏生產過程參數的準確測量和實時控制，使得甲醛產品成本高、操作費用大、產品在市場上缺乏競爭力。為此，需要對甲醛實行優化操作和控制。
UW500集散控制系統具有可靠性高、系統開放、功能強大、維護簡單等眾多優點，能夠對甲醛生產提供高效優質的監控，提高控制的穩定性和協調性，降低產品生產成品并提高產品質量，提升產品市場競爭力。
2、工藝簡介
空氣氧化法制備甲醛有兩條工藝路線：1、以電解銀，浮石銀為催化劑的銀法工藝，使用這種方法時，甲醇在原料混合氣中的濃度高于爆炸極限區上限（36%），即在甲醇過量的情況下操作，由于反應氧化不足，反應溫度較高（一般為600~720℃），有脫氫反應同時發生，所以又稱氧化-脫氫工藝。2、以Fe2O3-MoO作為催化劑的鐵法工藝，此法是在空氣-甲醇混合氣中甲醇濃度低于爆炸區的下限（小于6.7%），即在含有過量的空氣情況下操作，由于空氣過剩，甲醇幾乎全部被氧化，所以又稱此法為純粹的氧化工藝。
圖1 甲醛工藝流程
原料甲醇由甲醇計量槽經甲醇泵輸送至甲醇高位槽，保持一定流量經過濾后進入甲醇蒸發器，同時由羅茨風機將經過濾后的空氣送入甲醇蒸發器底部。甲醇經過加熱氣化及空氣夾帶，與空氣形成二元混合氣；再和通入一定流量的蒸汽相混合，形成三元混合氣，三元混合氣經過熱器過熱后，進入阻火過濾器，再次過濾后的三元混合氣進入氧化器，在氧化室加熱元件的高溫與電解銀催化劑的作用下，發生氧化脫氫反應。反應氣體快速經過氧化器急冷段并在急冷段的冷卻下，進入1#吸收塔循環吸收，循環液部分采出即為成品甲醛溶液（濃度37%左右），并進入甲醛計量槽及甲醛成品槽。經1#吸收塔循環吸收后的尾氣進入2#吸收塔，以脫鹽水作為吸收劑，經2#吸收塔循環吸收收的尾氣，經尾氣液封槽，最終進入尾氣處理裝置作為燃料燃燒，燃燒后的尾氣直接進入大氣，達到零污染排放。
只要是以甲醇為原料，總是離不開甲醇的輸送、蒸發、原料氣（空氣、配料、甲醇氣）的凈化、過濾阻火、轉化反應、冷卻吸收、產品貯運等環節。各環節手段不同以及不同的組合方式形成不同的工藝路線。
3、控制策略
氧化器的溫度是生產控制的一個重要指標，溫度控制的穩定可以提高觸媒的運行周期，從而可以大大降低生產成本。由上可知，氧化器溫度是整個甲醛生產控制的關鍵，影響氧化器溫度的變量主要有：（1）蒸發器的溫度和壓力；（2）干空氣的流量；（3）配料蒸汽的流量；（4）冷卻器出口的甲醛溫度。當然，甲醇的濃度、空氣的含氧量、空氣的溫度、蒸汽的溫度、壓力都會影響到氧化器的溫度。
在生產過程中，對氧化器的溫度影響最大的是空氣流量，空氣變化量如果大于5%，氧溫波動可達到10~20℃。因此，從控制角度來說，空氣流量是用來調節氧化器溫度的一個很好的變量。
圖2 氧化器溫度控制框圖
在該方案的實施過程中，控制系統事先允許操作人員設定或確認最佳允許狀態的一組參數（包括空氣流量、蒸汽流量、氧化溫度、蒸發溫度、風機轉速等），系統將這些參數記錄在運行系統的系統平臺的數據庫中。具體方案是恒定風速，當外界干擾引起的氧溫變化時，首先通過氧溫-蒸汽流量串級調節回路結合蒸發器溫度調節回路快速調節氧溫：當氧水比出現偏離時，根據數據庫中的最佳運行參數、生產的現在，通過模糊數學模型的運算來修正蒸發溫度，改變氧醇比，再次引起氧溫的小幅變化，然后由氧溫-蒸汽流量串級調節回路調節氧溫恢復正常，從而恢復氧水比正常，繼而氧醇比也得到了恢復。
圖3 UW500氧醇比控制算法
圖4 UW500氧醇比子程序
另外，對整個生產過程特別是點火階段，我們充分利用DCS信息共享、歷史數據查詢及簡便的自定義控制算法編制等優勢，根據現場具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平，使產品質量得到穩定和增強，并且大大降低了操作人員的勞動強度。同時保證了生產的安全性，在實際生產中發揮了積極的作用。
4、控制工程
氧化器溫度是控制的重點，影響到甲醛成品的質量，浙大優穩的控制方案中，通過對風機轉速和主路旁路調節閥的控制來達到氧化器溫度的控制。
UW500集散控制系統在甲醛生產的應用，硬件配置、網絡架構及工藝流程圖。
圖4 系統結構圖
圖5 氧化工段
5、小結
甲醛生產在使用了UW500集散控制系統之后，能夠明顯改善工人的工作強度，生產自動化水平得以實現，利用DCS強大集散控制能力，對現場儀表進行協調運行。甲醛產量和質量得到明顯提升，DCS特有的聯鎖控制也提高了甲醛生產安全性，UW500集散控制系統的穩定性也使得生產過程穩定易控。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號