化学プラントの塔設備：【毎週のテーマ】蒸留塔の運転トラブルとその対処法（2011年5月23日～6月4日）

設置装置：常圧減圧塔
塔の名称：初留塔および常圧塔
事故の状況：まず第一段階の電気脱塩タンクの電流が上昇し、さらに悪化すると電気脱塩タンクが停止し、脱塩タンクの電流値はゼロになる。 ⑵ 約30分後、二次タンクの電流が上昇し、深刻な場合は遮断され、電流値はゼロになる。 ⑶ 塔内の圧力が上昇し、深刻な場合には安全弁が開き、初留塔や常圧塔での逆流や、塔底ポンプの真空状態が発生する。 原因分析：タンク内の水が完全に除去されず、水分含有量が過剰であった。脱塩注入水が過剰になるか、電気脱塩タンクの水位が高くなりすぎることで停止する。 圧力差が大きすぎるため、原油が乳化し、原油に大量の水分が混入する。 処理方法：もし原油タンクエリアに水分が多く含まれている場合は、原油タンクを切り替える必要があります。また、2つの脱塩タンクを使わずに、原油をサイドライン経由で流し、水や乳化剤の供給を停止します。封止送電が正常になってから、徐々に脱塩タンクを通常の運転モードに移行させ、その間は切水を強化する必要がある。⑵もし脱塩タンクの水位が高くなっているか、注入水量が過剰であることが原因の場合は、注入を停止し、脱塩タンクの水位を最も低い状態にして、できるだけ早く電流を正常に戻すようにする。⑶ 混合圧力差が過大になった場合は、速やかに混合圧力差を下げ、破乳剤の注入量を増やし、2つのタンクの乳化液排出用ラインを開いて乳化層を除去する必要がある。

設置されている装置：メタンクロリド製造装置　塔の名称：二塩化メタン塔　事故の状況：塔内の液面や圧力が大きく変動している　原因の分析：塔板が詰まってしまい、液相が下に流れにくくなり、気相も上に上がりにくくなるため、液面や圧力が変動する　対処法：装置を停止させて塔板を洗浄した後、再び正常に稼働させる。

返信 1# wu_pb 徹底蒸留塔の制御目標は、製品品質が基準を満たすことを前提に、塔の回収率を最大限にし、エネルギー消費を最小限に抑えることです。蒸留操作においては、さまざまな要因がその正常な進行に影響を与えます。蒸留操作の影響要因は主に以下のものです：①塔の温度と圧力；②給料状態；③給料量；④給料組成；⑤給料温度；⑥戻り流量；⑦再沸器の加熱量；⑧タワー頂部の冷却水の温度と圧力；⑨タワー頂部の採取量；⑩塔底採出量。精留操作の影響要因を把握したら、これらの要因をリアルタイムで監視し、上記の指標が正常な範囲内にあることを確保すべきです。製造プロセスにおいて、塔底での蒸発量はガスの流速と正の比例関係にあり、また流速は塔内の圧力差とも正の比例関係にある。したがって、塔頂および塔底の圧力を適切に制御することで一定の蒸発量を保つことができる。運転時には、塔頂圧力は塔頂圧力調整システムによって安定して調整されるため、塔内圧力を安定させることが特に重要である。伝熱油の温度が急に上昇すると、塔の底部にある揮発しにくい成分の蒸発量が増え、センシティブプレートの温度も上昇する。そのため、センシティブプレートの温度をコントロールし、塔の頂部で得られる製品の品質を保つために、循環量を増やしたり、伝熱油の流量を減らしたりする必要がある；しかし、実際の運用において蒸発量が過大になると、霧状の液滴が混入し、その結果気液両相間の物質移動効率が低下し、製品の品質に深刻な影響を与える；重症の場合は液泛現象も発生する；断熱油の温度が急激に下がると、塔の底部にある揮発しにくい成分の蒸発量が減少し、センシティブプレートの温度も下がります。もし適時に戻り流量を減らさなければ、センシティブプレートの温度は大幅に低下し、揮発しやすい成分が容易に塔の底部に混入してしまい、その結果、後工程での製品品質が低下することになります；蒸留操作の過程では、3つのバランスを守る必要があります。1つ目は物質収支です；二つ目は気液平衡；三つ目は熱量バランスで、これら三つのバランスが達成されて初めて、合格品を得ることができ、製品の収率を最大限に高めることができます。

雨の日の精留塔の運転方法：精留塔の運転は、物質収支、熱収支、相平衡、および充填塔の性能などの観点から検討し、制御システムを通じて塔の運転条件を設定・調整することで、充填塔が分離要件を満たすようにするものです。 制御システムは、手動、一般的な自動計装、またはインテリジェントコンピュータによって操作できる。 （一）制御パラメータ　図には塔の運転制御における典型的なパラメータが示されており、そのうち6つの流量パラメータとして、供給量、塔頂および塔底の製品流量、凝縮量、蒸発量、および循環量がある。 流量パラメーター以外にも、圧力、塔底液面、リフラックスタンクの液面、塔頂の製品組成、塔底の製品組成などのパラメーターがあります。 蒸留塔でよく用いられる制御パラメータは、圧力と液面制御です。これらは塔の定常運転条件を確立するためのもので、液面を一定に保つことで液体の蓄積を防ぎ、圧力を一定に保つことでガスの蓄積を防ぎます。連続系において、蓄積を防がなければ定常運転は達成できず、したがって安定も不可能である。圧力は蒸留操作における主要な制御パラメータであり、圧力はガスの蓄積に影響を与えるだけでなく、凝縮、蒸発、温度、組成、相対揮発度など、塔内で起こるほぼすべてのプロセスにも影響を及ぼします。 製品組成の制御には、製品組成の測定値を直接使用することもできるし、密度や蒸気圧など、製品組成を代表する物性を用いることもできる。最も一般的には、感度点温度が用いられます。 （二）充填塔の運転上のボトルネックとその解決策
どんな設計であっても、装置内の各機器や、各機器内の各部品をすべて同じ最大負荷率で動作させることは不可能である。多くの工場では、装置の生産能力を最大限に引き出すために様々な手段を講じようとするが、その結果、装置内の少なくとも一部が運転上のボトルネックとなってしまう。充填塔の運転においては、充填塔の各部品や塔頂の凝縮器、塔底の再沸器などがボトルネックになり得る。ここで言うボトルネックとは、装置が設計上の負荷に達しているにもかかわらず、分離効率や生産能力をさらに向上させる必要があるにもかかわらず、装置内のある機器やその一部が、生産能力や分離効率の向上を妨げている状態のことである。 1、充填塔が運用上のボトルネックである。充填塔は設計された気液負荷範囲内で運用することで必要な分離効率を得ることができるが、この負荷範囲を超えると分離効率の低下や圧力損失の増加といった現象が生じる。多くの場合、処理能力と分離効率を向上させるうえでの充填塔の運用上のボトルネックは、充填塔自体である。 (1) パッキング塔の処理能力の向上 ① 加圧・減圧操作 装置や工程条件が許す限り、塔内圧を適切に上げたり下げたりすることが、パッキング塔の処理能力を向上させる最良の方法である。 常圧付近では、圧力を上げることで処理量が増加するが、低圧で相対揮発度が高く、かつ相対揮発度が圧力の変化にほとんど影響されない場合、圧力を上げる操作によって処理量の増加が最も大きくなる。圧力が高い場合、時に圧力を下げることで処理能力が向上する。高圧で相対揮発度が低く、かつ圧力上昇に伴って相対揮発度が大幅に低下するような場合、圧力を下げることで処理量が大きく増加する。 ② 供給物の予熱　充填塔において、供給部より上の充填層と供給部より下の充填層は、通常同じ泡点パーセンテージで運転されるわけではない。一般的な蒸留では泡点で供給されるが、供給物を予熱または予冷することで塔の上下の負荷が変化する。もし供給部より下の部分が運転上のボトルネックである場合、高温の供給物によって塔底の熱負荷や下部の気液相の負荷を低減できるが、その代償として上部の気液相の負荷が増加する。逆に、上段がボトルネックである場合、冷却された原料の投入により上段の気液相負荷が低下するが、その代償として下段の充填材負荷が増加する。 この方法による改善幅は通常小さいが、供給物の下流で気液比が非常に大きい場合には、調整幅が大きくなり、このとき塔の効率にも大きな影響を与える。過熱した原料は上段の分離効率に影響を与え、過冷却された原料は下段の分離効率に影響を与える。一般的に、過冷却された原料は塔自体の分離効率にはあまり影響しないと考えられており、1枚の理論板分の影響しかないが、高性能な充填塔ではこの値を超える影響が現れ、液気比が非常に高い場合も同様にこの値を超える影響が生じる。 過冷却供給によって供給部より上流の処理能力を向上させるのは、供給部より下流の分離効率を低下させる代償となる。液相過熱供給は塔本体自体の分離効率にほとんど影響を与えず、気相過熱供給は供給物質より上段の分離効率を低下させる。 ③ 操作の安定性を向上させる。充填塔は抵抗が小さく、保持液量が少なく、変動に対する耐性が低い。充填塔を上限負荷に近い状態で運転する場合、わずかな変動だけで塔の負荷が上限を超え、効率が低下します。一度効率が低下すると回復させるのは非常に困難であり、特に理論段数が多い塔では平衡に達するまでの時間が長くなります。充填塔を上限負荷下で安定して運転し、外部条件の変動を減らすためには、優れた制御システムが極めて重要であり、それによって充填塔の運転安定性が高まり、一般的に処理能力を5％～10％向上させることができます。 ④ 回収率を下げて生産能力を向上させるもう一つの方法は、リフラックス比を下げて回収率を低下させることです。この方法は推奨されませんが、工場では生産能力に制約がある場合、多かれ少なかれ無意識のうちに採用されています。回収率がある値まで下がると、さらに回収率を下げて処理能力を高めても、もはや経済的ではない。収率がさらに低下すると、製品の生産能力も向上しなくなるからです。 上記の対策を講じる際には、各液体分配器の操作余裕に注意する必要がある。 (2)充填塔の分離効率の向上 工場では、製品の品質と収率を向上させるために、分離効率を高めることがよく求められる。処理能力の向上と同様に、以下の方法を用いることができる。 ① リフラックスを増やす。塔の分離効率は一定であり、最大負荷で運転しない場合、分離効率を向上させる最も簡単な方法はリフラックス比を大きくすることである。 ② 昇圧・降圧操作については既に説明したが、一般的に物質系の圧力が上昇すると相対揮発度は低下する。降圧操作によって物質系の相対揮発度を高めることができるため、充填塔が最大負荷で運転されていない場合は適切に降圧操作を行うことで分離効率を向上させることができる。一方、充填塔がすでに最大負荷で運転されている場合は、適切に昇圧し、リフラックス比を増やして運転することができる。 ③ 原料の予冷・予熱：塔の上段における分離効率を向上させるため、原料を予冷することができる；逆に、タワーの下部での分離効率を向上させるためには、予熱された原料を使用することができる。 ④ タワー操作の安定性を高めることは、タワーの分離効率を向上させることにもつながります。図2に示すように、製品中の不純物含有量が低い場合、より高い分離効率が求められ、安定した運転では必要な分離段数が少なくて済みます。エネルギー消費の観点から見ると、安定した運転時の消費量が最も少ない。 ⑤ 収率を下げ、製品の回収量を減らすことで品質は向上するが、収率は低下する。 図2 操作安定性が製品品質に与える影響 2、塔頂冷凝器は操作のボトルネックとなる 塔頂冷凝器は操作の後期になるとしばしば操作のボトルネックとなるため、以下の対策を講じることができる：(1) 操作圧力を上げる。圧力が上昇すると塔頂温度が上がり、熱交換の温度差が大きくなる。 (2) 入料温度を下げる。供給温度が下がると、供給部以下での内部循環が増加し、それによって上昇する蒸気量が減少し、塔頂の熱負荷も低下する。 3、塔底再沸器は運用上のボトルネックである。塔底再沸器が運用上のボトルネックである場合、以下の対策を講じることができる：(1) 運用圧力を下げる。圧力が低下し、タービン底部の温度も下がり、熱交換における温度差が大きくなり、加熱量が増加する。 (2) 入料温度を上昇させる。給料温度を上げることで、給料下部の内部循環が減少し、それによって必要な加熱量も削減される。 五、充填塔の一般的な故障診断と対処 法 充填塔が設計指標を満たせない状態を、故障と総称する。充填塔の故障は、1つの要因によって引き起こされることもあれば、複数の要因が同時に作用して引き起こされることもあります。故障が発生すると、工場では常にできるだけ早く故障原因を突き止め、最小限のコストで迅速に問題を解決したいと考えています。故障診断者は、タワーおよびその付属機器の設計や関連分野について深い知識を持っている必要があり、知識が多ければ多いほど、故障診断は容易になる。故障診断は、最も簡単で明らかなところから始めるべきで、以下の手順に従うことができます：l 故障が深刻で、安全性や環境保護に関わる場合、または生産を維持できない場合は、直ちに停止し、故障を分析・処理する必要があります。 l 故障が深刻でない場合は、安全性、環境、利益への損害をできるだけ最小限に抑えつつ、運転を続けるべきである。運用中にデータやいくつかの特徴的な現象を取得し、生産に影響を与えない範囲でいくつかの操作変更を行うことで、より多くのデータや特徴的な現象を得る。可能であれば、フルリターン操作も行い、故障解析のためのデータを得ることができる。 分析塔の過去の運転データを分析するか、同種の装置と比較して、共通点と相違点を見出す。タワーの動作が良い状態から悪くなった場合、変化した時刻とその前後の違いを見つけ出し、それによって原因を特定する。 故障診断はタワー自体に限定されるべきではなく、タワーの上流にある装置やポンプ、熱交換器、配管といった付属機器も分析の対象に含めるべきである。 計器の読み値や分析データの誤りは、タワーの不適切な動作を引き起こす可能性があります。故障が発生するたびに、まず計器の読み値と解析データを相互に分析し、特に物質収支、熱収支、相平衡の分析を行ってその正確性を確認する。 l 一部の故障は、設計上の不備が原因で起こります。設計に起因する故障の検査では、まず図面を確認し、明らかな誤りがないかをチェックし、その誤りが故障の原因であるかを分析する。次に、流体力学上の計算を行い、特定の箇所で上限を超えた運用が行われていないかを確認する。さらに、実際の操作における物質移動をシミュレーション計算によって評価し、実際の物質移動効率の高低をチェックする必要がある。

精留塔の運転によって得られた製品が不合格となった。温度が逆転しており、調査の結果、深刻な塔の逆転現象が確認された。再沸器からの蒸気量が継続的に過剰であったため、蒸気量を減らして塔内の温度分布を適正な状態にした

この投稿は、2011年6月1日13時08分にwu_pbによって最終的に編集されました。充填塔のよくある故障の診断と対処法について。充填塔が設計上の基準を満たせない場合、それを故障と呼びます。充填塔の故障は、1つの要因によって引き起こされることもあれば、複数の要因が同時に作用して引き起こされることもあります。故障が発生すると、工場では常にできるだけ早く故障原因を突き止め、最小限のコストで迅速に問題を解決したいと考えています。故障診断者は、タワーおよびその付属機器の設計や関連分野について深い知識を持っている必要があり、知識が多ければ多いほど、故障診断は容易になる。故障診断は、最も簡単で明らかな部分から始めるべきで、以下の手順に従うことができます：a、故障が深刻で、安全性や環境保護に関わる場合、または生産を維持できない場合は、直ちに停止し、故障を分析・処理する必要があります。 B、故障が深刻でない場合は、安全性、環境、利益への損害をできるだけ抑えつつ、運転を続けるべきである。運用中にデータやいくつかの特徴的な現象を取得し、生産に影響を与えない範囲でいくつかの操作変更を行うことで、より多くのデータや特徴的な現象を得る。可能であれば、フルリターン操作も行い、故障解析のためのデータを得ることができる。 C、タワーの過去の運転データを分析するか、同種の装置と比較して、共通点と相違点を見出す。タワーの動作が良い状態から悪くなった場合、変化した時刻とその前後の違いを見つけ出し、それによって原因を特定する。 D、故障診断はタワー自体に限定されるべきではなく、タワーの上流にある装置やポンプ、熱交換器、配管といった付属機器も分析の対象に含めるべきである。 E、計器の読み値や分析データの誤りは、タワーの不適切な運転を引き起こす可能性があります。故障が発生するたびに、まず計器の読み値や解析データを交差分析し、特に物質収支、熱収支、相平衡の分析を行ってその正確性を確認する。 F、一部の故障は設計上の不備が原因で起こる。設計に起因する故障の検査では、まず図面を確認し、明らかな誤りがないかをチェックし、その誤りが故障の原因であるかを分析する。次に、流体力学上の計算を行い、特定の箇所で上限を超えた運用が行われていないかを確認する。さらに、実際の操作における物質移動をシミュレーション計算によって評価し、実際の物質移動効率の高低をチェックする必要がある。 異常現象　発生原因　対処方法
圧力降下が大きく、分離効率が低下し、液が塔内に溢れる
塔内の液面が高くなり、気相の入口が埋まってしまい、泡が混入する
再沸器の液面を一定に保ち、安定した加熱を実現する
再沸器への加熱量が不足している
再沸器の加熱効果が悪い
1. 加熱媒体側に不凝縮ガスが溜まっている
2. 加熱媒体の凝縮液の排出が滞っている
3. 液封が不十分で、漏気が発生している
1. 不凝縮ガスを排出する
2. 凝縮液がスムーズに排出されるよう対策を講じる
3. 液封が適切に機能しているか確認する

冷却器の熱交換量が少ない
冷却器の熱交換効果が悪い
1. 冷却側に不凝縮ガスが溜まっている
2. 冷却水側にスケールが付着している
3. 冷却水の流量が少ないか、温度が高すぎる
4. 凝縮液の排出が滞っている
1. 不凝縮ガスを排出する
2. スケールを除去する
3. 循環水の流量を増やす
4. 管の直径を大きくして、凝縮液がスムーズに排出されるようにする。 塔頂の重質成分含有量が高く、塔底製品の軽質成分含有量が設計値を下回っている。1、フィード以上の温度制御ポイントの温度が過度高い。2、塔頂製品の採取量が過多で、物質バランスが崩れている。1、温度制御ポイントの温度を調整する。 2、塔頂製品の採取量を減らす。塔頂の重質成分含有量が設計値を下回り、塔底製品の軽質成分含有量が高くなる。1、塔頂の重質成分含有量が設計値を下回り、塔底製品の軽質成分含有量が高くなる。2、塔頂製品の採取量が過少で、物質バランスが崩れる。1、温度制御ポイントの温度を変更する。 2、タワー頂部での製品採取量の増加
原文リンク：http://bbs.51cysb.com/thread-16732-1-1.html

返信 1# wu_pb 所在装置：エタノール蒸留塔 構造名：エタノール蒸留塔 事故の現象：塔頂の温度が急に上昇したり下降したりする 原因の分析：投入される原料の濃度が大きく変動している 対処法：原料を投入する前に十分にかき混ぜて、濃度を均一にする。

蒸気、塔頂の凝縮水、戻し出料などはすべて変わらない状態で、（当社の塔底からの残渣排出は自動バルブで制御されている）、投入原料には均一な含有量に加えて、予熱板を用いた出料による原料の予熱も行われるため、塔頂温度はほぼ安定しており、上下の変動は0.5度以内で、しかもその変動も非常に緩やかである。

この投稿は最終的に、青小蛙によって2011年6月2日08:08に編集・返信されました。9#青小蛙：現在の問題点としては、私たちの蒸気がまだ十分に安定していないことです。他の工程と同じ配管を共有しているため、圧力が他の工程の影響を受けて変動します。特に昼食の時間帯には蒸気圧が上昇し、その結果タワーの頂部の温度が変化します。それ以外の時間帯ではタワーの頂部の温度は安定しており、1時間に1回点検すれば問題ありません。

装置：キシレン蒸留塔　タワー：キシレン蒸留塔　故障現象：塔底温度が段階的に変動し、同時に蒸気量の変動も大きく、熱交換が行われていないようだ； 原因分析及び対処：当初は排水弁の故障と分析されたが、交換しても効果は見られず、ドレンを開放した状態でしばらく安定した；再び振動が起き、再沸器が大きすぎて熱のバランスが崩れているのではないかと疑われ、返流量を増やしたところ、しばらく安定した；再び波動が発生した後、再沸器の詰まりを分析し、分解して点検したところすべて正常であった。復旧後は塔底から段階的に採取を行い、状態は安定してきた。初歩的な結論として、物質収支を維持する必要があり、特に自ら改造を行う場合、塔底の物質温度がどれくらいであるべきか判断できない時は、元のパラメータ通りに操作を続けず、タイムリーに採取を行うべきである。これは当社で直面した実際の状況で、3ヶ月間変動が続きました。その後、材料を分析したところ組成に変化があることが判明し、タンク内の温度を調整してその手順に従い、物質収支（量はごくわずか）を考慮しながら抽出を行った結果、以降は常に正常になりました。