1、技術(shù)概述
  本裝置是以天然氣生產(chǎn)甲醇工藝為技術(shù)背景,綜合考慮高等院校教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求和特點(diǎn), 進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s小和簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)的一套完整、系統(tǒng)的天然氣化工實(shí)訓(xùn)裝置。該系統(tǒng)主要包括自熱轉(zhuǎn)化合成氣工藝、合成氣變換工藝、變壓吸附制氧工藝，以及甲醇合成工藝、甲醇精制工藝等工藝過(guò)程及設(shè)備。系統(tǒng)具備設(shè)定各種事故狀態(tài)和極限運(yùn)行狀態(tài)，提高分析能力和在復(fù)雜情況下處理事故的能力，利用本系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行天然氣制甲醇的相關(guān)工藝、流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，按單元操作規(guī)程，在半真實(shí)的環(huán)境下操作，練習(xí)多工序協(xié)同開(kāi)車(chē)；掌握生產(chǎn)工藝的控制、計(jì)算、管理的基本能力，掌握裝置的開(kāi)、停車(chē)、操作運(yùn)行、維護(hù)、事故處理能力，達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)和崗前培訓(xùn)的目的。
  裝置能實(shí)現(xiàn)以下主要實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)功能：
  工業(yè)制甲醇的整體流程認(rèn)識(shí)及實(shí)際操作運(yùn)行；
  工業(yè)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的真實(shí)過(guò)程模擬再現(xiàn)；
  各種化工機(jī)械及工藝設(shè)備的認(rèn)識(shí)及操作；
  合成氣制備系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)；
  合成氣變換工藝的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)；
  管式反應(yīng)爐、CO變換反應(yīng)器、裂解反應(yīng)器的認(rèn)識(shí)與實(shí)訓(xùn)；
  變壓吸附制氧工藝及設(shè)備的實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  自熱轉(zhuǎn)化爐合成氣工藝及設(shè)備的實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  復(fù)式合成塔甲醇合成工藝及設(shè)備的實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  填料塔、板式塔的認(rèn)識(shí)與實(shí)訓(xùn)；
  精餾塔、吸收塔、萃取塔的認(rèn)識(shí)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  DCS工業(yè)集散控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  安全模擬物料生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)；
  模擬工廠(chǎng)生產(chǎn)中的各種故障的識(shí)別定位及解決處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)；
  裝置具體功能為：
  （1）甲醇合成：采用簡(jiǎn)化的工業(yè)流程及設(shè)備。
  （2）操作與控制系統(tǒng)。
  可滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行正常運(yùn)行操作、開(kāi)停車(chē)、斷電等事故處理；
  可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)溫度、壓力、流量、液位、組分進(jìn)行檢測(cè)、顯示、控制；
  可實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、趨勢(shì)圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、儀表界面等操作；
  裝置管路和工藝流程圖上閥門(mén)的開(kāi)度與調(diào)節(jié)和控制點(diǎn)的參數(shù)值相關(guān)聯(lián)，而且控制點(diǎn)的參數(shù)值在工藝要求的最小值和最大值范圍外時(shí)實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警，通過(guò)仿真模擬系統(tǒng)給出超限值對(duì)工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行的影響效果及其內(nèi)容（后果），并且采用聲效和電子屏幕只管明確的顯示相應(yīng)的現(xiàn)象；
  工藝流程圖中相應(yīng)的單元設(shè)備和閥門(mén)設(shè)置觸摸點(diǎn)和電子遙控感應(yīng)點(diǎn)，當(dāng)被觸摸或點(diǎn)擊后，能夠高亮凸顯，并且能實(shí)現(xiàn)聲效和電子屏幕顯示其在工藝流程的作用。
  （3）故障模擬及分析處理系統(tǒng)。
  部分參數(shù)可作為故障點(diǎn)，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的故障現(xiàn)象，而且能夠?qū)崿F(xiàn)故障分析、故障處理與排除、故障教學(xué)實(shí)訓(xùn)和故障處理評(píng)分等功能，培養(yǎng)學(xué)生故障判斷意識(shí)、鍛煉和提高學(xué)生排除故障能力，教師能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)，控制故障的設(shè)置和啟動(dòng)，調(diào)出故障的緊急處理方案并通過(guò)自動(dòng)記錄分析系統(tǒng)給出學(xué)生故障處理操作的評(píng)分。
  （4）實(shí)訓(xùn)裝置現(xiàn)場(chǎng)和主控室內(nèi)DCS中的工藝流程圖上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)車(chē)和停車(chē)的操作，能夠模擬開(kāi)停車(chē)操作過(guò)程的步驟，有開(kāi)停車(chē)過(guò)程中主要裝置和閥門(mén)開(kāi)度等運(yùn)行參數(shù)的聲效和電子屏幕顯示（滾動(dòng)播放和滾動(dòng)顯示）；有開(kāi)停車(chē)過(guò)程中的注意事項(xiàng)和操作規(guī)程顯示和開(kāi)停車(chē)操作評(píng)分系統(tǒng)，有相應(yīng)的幫助系統(tǒng)。
  （5）可滿(mǎn)足同類(lèi)和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行裝置調(diào)優(yōu)及在職員工的培訓(xùn)、考評(píng)等要求，有整個(gè)工藝的操作規(guī)程和考試平臺(tái)與評(píng)分系統(tǒng)和相應(yīng)培訓(xùn)部分的操作規(guī)程、幫助系統(tǒng)和考試平臺(tái)與評(píng)分系統(tǒng)。
  （6）可滿(mǎn)足化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)、機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)、儀表及自動(dòng)化控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)等的教學(xué)與培訓(xùn)要求，也可滿(mǎn)足DCS軟件系統(tǒng)的實(shí)習(xí)，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障設(shè)置、故障分析與處理，提供過(guò)程控制方案研究等等，有相應(yīng)的操作規(guī)程、培訓(xùn)內(nèi)容、幫助系統(tǒng)和考試平臺(tái)與評(píng)分系統(tǒng)。
  2．裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)
  裝置產(chǎn)能以100kt/a甲醇的工廠(chǎng)裝置為背景，按實(shí)際工業(yè)裝置以一定比例縮小而制成。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮了裝置的安全性、實(shí)用性、協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)性和美觀(guān)性。具體設(shè)計(jì)要求為：
  （1）工廠(chǎng)化對(duì)象背景：由甲醇合成與精制等車(chē)間組成對(duì)象背景，以主物料工藝流程為基礎(chǔ)，可整體或單元運(yùn)行。并結(jié)合相關(guān)教育的教學(xué)大綱要求，設(shè)計(jì)一定量的可解剖設(shè)備，以便設(shè)備解剖、認(rèn)識(shí)掌握設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，部分替代物料，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物感。設(shè)備、儀表等選用要求多元化。
  （2）情景化真實(shí)操作：設(shè)計(jì)要求按DCS系統(tǒng)控制和現(xiàn)場(chǎng)操作相結(jié)合，使得操作控制實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)情景，并能滿(mǎn)足進(jìn)行正常運(yùn)行操作、開(kāi)停車(chē)、斷電等事故處理等工廠(chǎng)中的全部操作。
  （3）開(kāi)放性故障點(diǎn)設(shè)置：全部參數(shù)均可作為故障點(diǎn)，模擬工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障。以培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)故障現(xiàn)象，分析故障原因，完成故障處理，提高學(xué)生判斷意識(shí)、鍛煉和提高學(xué)生排除故障的能力。
  （4）廣泛性教學(xué)目的：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)、機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)、儀表及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，選型時(shí)要求同類(lèi)設(shè)備多樣化，并兼顧設(shè)備的經(jīng)典性和先進(jìn)性。
  （5）工藝流程中的設(shè)備的尺寸具體見(jiàn)附表，所有設(shè)備的壁厚最小值為3mm，并且能滿(mǎn)足設(shè)備相應(yīng)的剛度和強(qiáng)度。工藝流程中設(shè)備、管路和閥門(mén)等管件全部采用316L不銹鋼制造，工藝液體管路公稱(chēng)直徑為20mm；工藝氣體管路公稱(chēng)直徑為40mm；所有閥門(mén)與之配套。
  （6）主要單元設(shè)備與人眼高度位置處開(kāi)視窗或者采用承壓玻璃制作，能夠看到內(nèi)部的設(shè)備元件，至少應(yīng)包括篩板、浮閥塔板、鮑爾環(huán)填料、規(guī)整絲網(wǎng)填料、管內(nèi)催化劑顆粒、浮閥、萃取器內(nèi)件等，和能夠看到內(nèi)部設(shè)備元件上的物料流動(dòng)和反應(yīng)情形。單元設(shè)備內(nèi)置件也要相應(yīng)縮微，以滿(mǎn)足協(xié)調(diào)性和美觀(guān)性的要求。
  （7）工藝管道的布置和單元設(shè)備的安裝要協(xié)調(diào)性好，密封完善無(wú)泄漏，管件和閥門(mén)以及流體機(jī)械的安裝、設(shè)計(jì)與選型先進(jìn)性好，噪音低（整個(gè)實(shí)習(xí)裝置區(qū)不超過(guò)40分貝），可維護(hù)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單方便，密封好無(wú)泄漏，經(jīng)濟(jì)耐用等，管路上有標(biāo)簽（名稱(chēng)、型號(hào)、尺寸、作用），單元設(shè)備上有設(shè)備標(biāo)簽（名稱(chēng)、型號(hào)、尺寸、作用），整個(gè)實(shí)習(xí)裝置高效安全、外觀(guān)精美。
  （8）要求應(yīng)標(biāo)企業(yè)能提供整個(gè)實(shí)習(xí)裝置位置的布局圖，管路布置圖，儀表與控制點(diǎn)安裝圖，主要設(shè)備的裝配圖等。

3．裝置適用范圍
  本實(shí)訓(xùn)裝置可以滿(mǎn)足以下方面的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)及科研工作：
  （1）化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)、過(guò)程裝備與控制專(zhuān)業(yè)、環(huán)境科學(xué)及工程專(zhuān)業(yè)、制藥工程專(zhuān)業(yè)、機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)、計(jì)算機(jī)、儀表與自動(dòng)化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生課程操作實(shí)習(xí)和部分課程與畢業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)。
  （2）化工廠(chǎng)的技術(shù)人員培訓(xùn)、操作、考核與實(shí)習(xí)。
  （3）化工廠(chǎng)操作人員的崗前培訓(xùn)及考核工作。
  （4）化工廠(chǎng)生產(chǎn)操作優(yōu)化研究。
  （5）化工廠(chǎng)安全、節(jié)能方案研究。
  （6）化工廠(chǎng)控制系統(tǒng)最優(yōu)方案研究。
  （7）化工廠(chǎng)操作規(guī)程的制定與研究。
  4．工藝流程設(shè)置

  工藝流程采用自熱轉(zhuǎn)化、低壓法魯奇合成甲醇工藝。整個(gè)實(shí)習(xí)裝置和流程保持主物料流程的完整性，包括合成氣的制備、變換、甲醇合成、甲醇精制等工段等主物料流程工藝，還包括變壓吸附制氧工藝等綜合體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、高效低碳等當(dāng)前生產(chǎn)和科研重點(diǎn)方向的輔助物料流程；綜合考慮高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的特點(diǎn)及要求，對(duì)脫硫等成熟且環(huán)保壓力較大的工段以及預(yù)轉(zhuǎn)化等壓力較高、安全性較低的工段，進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以模擬演示流程代替真實(shí)流程設(shè)備，不僅滿(mǎn)足了學(xué)員實(shí)訓(xùn)教學(xué)的全面性完整性，同時(shí)達(dá)到了安全、高效、低碳、環(huán)保的要求，并且節(jié)約了不必要的設(shè)備投資和實(shí)驗(yàn)室空間，降低了后期設(shè)備維護(hù)維修的成本投入。管路和單元設(shè)備上的工藝流程參數(shù)完備，工藝流程參數(shù)的運(yùn)行值及其正常范圍值區(qū)間充分考慮了完全性要求，設(shè)置了工藝流程參數(shù)超限聲效、光效等報(bào)警措施。工藝流程管路和設(shè)備上的儀表完備，特別是主要工藝段的設(shè)備和調(diào)節(jié)閥等位置的參數(shù)不僅有現(xiàn)場(chǎng)儀表顯示，而且有遠(yuǎn)端控制儀表和相應(yīng)的調(diào)節(jié)程序軟件控制，保障程序軟件的安全性、穩(wěn)定性、連續(xù)性、時(shí)效性和可維護(hù)性。

7．DCS控制系統(tǒng)
  采用DCS集散系統(tǒng)進(jìn)行控制，模擬工業(yè)中控室的建設(shè)模式，工段式控制管理，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控?？蓾M(mǎn)足學(xué)生正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的實(shí)踐，整個(gè)中控室的規(guī)模和檔次以建設(shè)成管控一體化的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)流程實(shí)驗(yàn)室為宗旨。建成的中控室包含：控制柜、系統(tǒng)總線(xiàn)部分、中控操作臺(tái)、鍵盤(pán)、仿真ESD系統(tǒng)等。
   具有系統(tǒng)信號(hào)連鎖保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)工藝設(shè)備超壓、超溫等異常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)報(bào)警并自動(dòng)安全停車(chē)。
  可對(duì)溫度、壓力、液位、流量等參數(shù)進(jìn)行控制，并可完成電機(jī)變頻控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
  掌握精餾塔、換熱器（加熱爐）、反應(yīng)器、泵等典型工藝設(shè)備的控制原理與方案。
  主要機(jī)動(dòng)設(shè)備的啟、停除就地控制外，還可由DCS操作、控制并顯示運(yùn)行狀態(tài)。