1、技术概述
本装置是以天然气生产甲醇工艺为技术背景,综合考虑高等院校教学实验要求和特点, 进行适当的缩小和简化，开发的一套完整、系统的天然气化工实训装置。该系统主要包括自热转化合成气工艺、合成气变换工艺、变压吸附制氧工艺，以及甲醇合成工艺、甲醇精制工艺等工艺过程及设备。系统具备设定各种事故状态和极限运行状态，提高分析能力和在复杂情况下处理事故的能力，利用本系统可以对学生进行天然气制甲醇的相关工艺、流程及设备结构和运行的教学和实训，按单元操作规程，在半真实的环境下操作，练习多工序协同开车；掌握生产工艺的控制、计算、管理的基本能力，掌握装置的开、停车、操作运行、维护、事故处理能力，达到对学生进行操作实训和岗前培训的目的。
装置能实现以下主要实习实训功能：
工业制甲醇的整体流程认识及实际操作运行；
工业实际运行参数的真实过程模拟再现；
各种化工机械及工艺设备的认识及操作；
合成气制备系统实训；
合成气变换工艺的现场教学；
管式反应炉、CO变换反应器、裂解反应器的认识与实训；
变压吸附制氧工艺及设备的实训教学；
自热转化炉合成气工艺及设备的实训教学；
复式合成塔甲醇合成工艺及设备的实训教学；
填料塔、板式塔的认识与实训；
精馏塔、吸收塔、萃取塔的认识与实训教学；
DCS工业集散控制系统的认识与实训教学；
安全模拟物料生产实训操作教学；
模拟工厂生产中的各种故障的识别定位及解决处理实训教学；
装置具体功能为：
（1）甲醇合成：采用简化的工业流程及设备。
（2）操作与控制系统。
可满足学生进行正常运行操作、开停车、断电等事故处理；
可对生产系统温度、压力、流量、液位、组分进行检测、显示、控制；
可实现自控系统、报警系统、趋势图、带控制点的工艺流程图、仪表界面等操作；
装置管路和工艺流程图上阀门的开度与调节和控制点的参数值相关联，而且控制点的参数值在工艺要求的最小值和最大值范围外时实现超限报警，通过仿真模拟系统给出超限值对工艺参数和设备运行的影响效果及其内容（后果），并且采用声效和电子屏幕只管明确的显示相应的现象；
工艺流程图中相应的单元设备和阀门设置触摸点和电子遥控感应点，当被触摸或点击后，能够高亮凸显，并且能实现声效和电子屏幕显示其在工艺流程的作用。
（3）故障模拟及分析处理系统。
部分参数可作为故障点，模拟实际生产中的故障现象，而且能够实现故障分析、故障处理与排除、故障教学实训和故障处理评分等功能，培养学生故障判断意识、锻炼和提高学生排除故障能力，教师能够通过计算机网络控制系统和遥控系统，控制故障的设置和启动，调出故障的紧急处理方案并通过自动记录分析系统给出学生故障处理操作的评分。
（4）实训装置现场和主控室内DCS中的工艺流程图上均能实现系统开车和停车的操作，能够模拟开停车操作过程的步骤，有开停车过程中主要装置和阀门开度等运行参数的声效和电子屏幕显示（滚动播放和滚动显示）；有开停车过程中的注意事项和操作规程显示和开停车操作评分系统，有相应的帮助系统。
（5）可满足同类和相关企业进行装置调优及在职员工的培训、考评等要求，有整个工艺的操作规程和考试平台与评分系统和相应培训部分的操作规程、帮助系统和考试平台与评分系统。
（6）可满足化工类专业、机械类专业、仪表及自动化控制类专业等的教学与培训要求，也可满足DCS软件系统的实习，工业控制网络系统故障设置、故障分析与处理，提供过程控制方案研究等等，有相应的操作规程、培训内容、帮助系统和考试平台与评分系统。
2．装置设计指标
装置产能以100kt/a甲醇的工厂装置为背景，按实际工业装置以一定比例缩小而制成。在设计时应充分考虑了装置的安全性、实用性、协调性、经济性和美观性。具体设计要求为：
（1）工厂化对象背景：由甲醇合成与精制等车间组成对象背景，以主物料工艺流程为基础，可整体或单元运行。并结合相关教育的教学大纲要求，设计一定量的可解剖设备，以便设备解剖、认识掌握设备内部结构，部分替代物料，增强现场实物感。设备、仪表等选用要求多元化。
（2）情景化真实操作：设计要求按DCS系统控制和现场操作相结合，使得操作控制实现工厂情景，并能满足进行正常运行操作、开停车、断电等事故处理等工厂中的全部操作。
（3）开放性故障点设置：全部参数均可作为故障点，模拟工厂实际生产中出现的各种故障。以培养学生认识故障现象，分析故障原因，完成故障处理，提高学生判断意识、锻炼和提高学生排除故障的能力。
（4）广泛性教学目的：设计时应充分考虑化工类专业、机械类专业、仪表及自动化专业的特点，选型时要求同类设备多样化，并兼顾设备的经典性和先进性。
（5）工艺流程中的设备的尺寸具体见附表，所有设备的壁厚最小值为3mm，并且能满足设备相应的刚度和强度。工艺流程中设备、管路和阀门等管件全部采用316L不锈钢制造，工艺液体管路公称直径为20mm；工艺气体管路公称直径为40mm；所有阀门与之配套。
（6）主要单元设备与人眼高度位置处开视窗或者采用承压玻璃制作，能够看到内部的设备元件，至少应包括筛板、浮阀塔板、鲍尔环填料、规整丝网填料、管内催化剂颗粒、浮阀、萃取器内件等，和能够看到内部设备元件上的物料流动和反应情形。单元设备内置件也要相应缩微，以满足协调性和美观性的要求。
（7）工艺管道的布置和单元设备的安装要协调性好，密封完善无泄漏，管件和阀门以及流体机械的安装、设计与选型先进性好，噪音低（整个实习装置区不超过40分贝），可维护性强，操作简单方便，密封好无泄漏，经济耐用等，管路上有标签（名称、型号、尺寸、作用），单元设备上有设备标签（名称、型号、尺寸、作用），整个实习装置高效安全、外观精美。
（8）要求应标企业能提供整个实习装置位置的布局图，管路布置图，仪表与控制点安装图，主要设备的装配图等。
3．装置适用范围
本实训装置可以满足以下方面的实验实训教学及科研工作：
（1）化工类专业、过程装备与控制专业、环境科学及工程专业、制药工程专业、机械工程专业、计算机、仪表与自动化等相关专业的学生课程操作实习和部分课程与毕业生产实习。
（2）化工厂的技术人员培训、操作、考核与实习。
（3）化工厂操作人员的岗前培训及考核工作。
（4）化工厂生产操作优化研究。
（5）化工厂安全、节能方案研究。
（6）化工厂控制系统最优方案研究。
（7）化工厂操作规程的制定与研究。
4．工艺流程设置
工艺流程采用自热转化、低压法鲁奇合成甲醇工艺。整个实习装置和流程保持主物料流程的完整性，包括合成气的制备、变换、甲醇合成、甲醇精制等工段等主物料流程工艺，还包括变压吸附制氧工艺等综合体现节能环保、高效低碳等当前生产和科研重点方向的辅助物料流程；综合考虑高校实验实训教学的特点及要求，对脱硫等成熟且环保压力较大的工段以及预转化等压力较高、安全性较低的工段，进行了一定程度的简化设计，以模拟演示流程代替真实流程设备，不仅满足了学员实训教学的全面性完整性，同时达到了安全、高效、低碳、环保的要求，并且节约了不必要的设备投资和实验室空间，降低了后期设备维护维修的成本投入。管路和单元设备上的工艺流程参数完备，工艺流程参数的运行值及其正常范围值区间充分考虑了完全性要求，设置了工艺流程参数超限声效、光效等报警措施。工艺流程管路和设备上的仪表完备，特别是主要工艺段的设备和调节阀等位置的参数不仅有现场仪表显示，而且有远端控制仪表和相应的调节程序软件控制，保障程序软件的安全性、稳定性、连续性、时效性和可维护性。
7．DCS控制系统
采用DCS集散系统进行控制，模拟工业中控室的建设模式，工段式控制管理，网络化监控。可满足学生正常实验教学，课程设计、毕业设计环节的实践，整个中控室的规模和档次以建设成管控一体化的标准工业自动化企业流程实验室为宗旨。建成的中控室包含：控制柜、系统总线部分、中控操作台、键盘、仿真ESD系统等。
具有系统信号连锁保护功能，当出现工艺设备超压、超温等异常状态时，系统应及时报警并自动安全停车。
可对温度、压力、液位、流量等参数进行控制，并可完成电机变频控制系统实验。
掌握精馏塔、换热器（加热炉）、反应器、泵等典型工艺设备的控制原理与方案。
主要机动设备的启、停除就地控制外，还可由DCS操作、控制并显示运行状态。
