图1 改造前氧化反应器联锁逻辑示意图。

本文简要介绍了邻二甲苯氧化法生产苯酐的工艺流程，详细介绍了反应器的温度联锁保护，重点叙述了基于WebField ECS-100X DCS控制系统的催化剂温度联锁控制方案的改造以及催化剂床层温度曲线软件的实现，总结了它们的实际应用效果。

 当今世界上苯酐生产量90%以上采用邻二甲苯固定床空气氧化工艺，是目前较成熟的工艺。宁波镇海泰达化工60KT/A苯酐装置是目前国内单套生产能力最大的苯酐装置之一，亦采用邻二甲苯固定床空气氧化工艺，DCS控制系统选择中控WebField ECS-100X。

固定床列管式氧化反应器是邻法苯酐装置最核心、最危险的设备。从邻二甲苯汽化器出来的邻二甲苯/空气混合物自顶部直接进入反应器，在V－Ti系催化剂表面，邻二甲苯被空气氧化生成苯酐，自反应器R101底部排出。这个反应是在爆炸范围内的强放热反应，部分反应热将反应气体加热到360℃，大部分反应热经熔盐冷却器中循环流动的熔盐移出，同时副产高压蒸汽。

氧化反应器是否正常运行对装置生产的产量和负荷率有直接的影响。由于邻苯氧化反应的反应条件非常苛刻，并且危险性极高，氧化反应器的温度控制非常严格，涉及到的温度联锁保护尤多，一旦有温度异常就会导致联锁跳车。由工艺参数超界引起的联锁是确保装置和设备安全所必须的，但是由于现场仪表的短期失灵或现场干扰信号等引起的联锁跳车，则属于联锁误动作，会给企业造成不必要的经济损失和安全隐患。

图2 改造后的氧化反应器联锁逻辑示意图。

存在的问题

反应器内的邻苯剧烈的氧化反应热需要精确地控制反应温度。如果反应器中进、出口气体温度、催化剂的温度以及熔盐温度超过上限，反应器底部熔盐环道的熔盐进口温度与目标值相差3℃以上都将引起反应器联锁跳车。

其中，反应器催化剂的温度代表实际反应温度，反应温度过高，说明反应过于剧烈，将严重缩短催化剂的寿命，严重时还会引起闪爆。催化剂温度的检测是使用从氧化反应器顶部垂直插入八支（每支含30个测点）的多点热电偶。根据催化剂在反应器中的分布高度及密度，将30点热电偶按（见表1）4层分布，根据各层的工艺联锁值，参与反应器联锁。反应器240个热电偶，只要有任意1个超界，都将执行反应器联锁。联锁逻辑示意图如图1所示。

6万吨/年苯酐装置反应器多点热电偶分布

在试生产过程中，曾出现过几次催化剂温度联锁动作导致反应器跳车。由于催化剂各温度点都是单点联锁，且数量很大，很难查找跳车原因。经过对DCS中历史趋势记录的仔细查找，基本可以判断为联锁误动作。

改造方案设计与实施

热电偶测量温度和联锁系统中经过的环节包括热电偶、补偿导线、温变和安全栅、I/O卡件等环节和各个接线端子，要排除干扰和短期失效非常困难。只要有一个环节或元器件的可靠性降低，整个联锁系统的可靠性将大幅降低。正常工况下，氧化反应器催化剂各层温度分布相对平稳，温差小，所测的各层温度比较接近。一旦工艺设备出现异常，多支热电偶所测温度将出现超界，因此，综合反应器设备的安全和装置生产的平稳运行，设计反应器联锁保护方案如下：

在同一层中，八支热电偶中若有两支或两支以上的热电偶所检测的温度超过联锁值，则认为装置或工艺运行异常，执行氧化反应器保护联锁，也就是输入信号做“八取二”的处理（如图2所示）。

图3 氧化反应器单支热电偶实时温度曲线。

改造中，还增加了温度点联锁动作记录功能，即在联锁动作的同时，通过DCS系统顺序处理单元，系统还记录下“第一事故信号”和“第二事故信号”，能够方便、快速找到引起联锁保护动作的原因，并在长期运行中提高测量、联锁系统的可靠性。

催化剂床层温度曲线软件的开发和应用

氧化反应的质量和催化剂的使用情况决定整套装置的运行质量和效率，因而需要系统能提供在任意时刻将催化剂床层温度自由组合各测点的实时或历史温度排步成分布趋势的功能，但是通常DCS系统只支持每一点的趋势记录，无法实现上述功能，床温及催化剂使用情况的监控和分析需要人工绘图，且无法实现每支热电偶各点温度的历史记录自由组合和整体查询。实时温度曲线如图3所示。

针对苯酐装置氧化反应器的特点，此次改造开发了氧化反应器床温曲线分布查询软件SCBenGan，该软件是基于中控Web Field ECS-100X 系统平台，支持苯酐装置氧化反应器的床温实时及历史分布曲线查询，不仅能在线显示自由组合点床温瞬时分布曲线，而且支持历史查询、打印，给操作人员带来很大的方便。SCBenGan软件对各支热电偶实时或历史数据查询如图4所示。   

图4 SCBenGan氧化反应器单支热电偶温度曲线。

利用该软件，可以查询催化剂床层各温度测点中任意点在开、停工或加、减负荷等过程中的变化趋势，并做进一步分析。

小结

在对氧化反应器催化剂温度的联锁保护重新组态后。新方案未再发生反应器联锁误动作，提高了装置的运转率，实际效果良好。从实际应用看，新方案没有降低对设备的保护水平，有效保障了生产安全。此外，新开发的催化剂床层温度曲线软件也成为分析催化剂状况和工艺管理的有力工具。