1. 背景介绍
丙烯酸氧化单元反应方式简单但是操作条件较为严苛，作为精细化工生产装置的一种，工艺调整应非常精准，应对某种物料变化对操作点位置的变化判断非常准确，但在实际操作过程中，工艺操作人员只会按照规定的过程参数设定值进行操作，对异常情况下的调整并没有相关的经验，一旦调整不当，不但无法保证装置连续运行，便有可能触发联锁导致装置停车。
2. 工艺流程介绍
本套丙烯酸装置使用丙烯两步氧化法，在氧化催化剂存在的条件下，丙烯首先被氧化成丙烯醛，丙烯醛进一步氧化成丙烯酸。
两套反应器均为固定床反应器，其中的金属催化剂可使丙烯完成氧化反应，由于反应过程中会释放大量的热，所以反应器附加有换热设备。
3. 联锁保护
丙烯酸装置的联锁保护较为特殊，在丙烯氧化过程中可能会出现爆炸、催化剂被浸湿等情况，所以必须对这些过程设置联锁条件，避免这些危险状况的发生，各联锁保护区域如下图所示：
图1 联锁区域
1.1. 第一反应器爆炸区
第一反应器有两个爆炸区，一个爆炸区是关于FNYR1、FNYR2和FNXR封闭的区域；另一个是混合器FNYM1、FNYM2和FNXM封闭的区域，这些直线是以丙烯、惰性气体为变量，反应器压力、熔盐及混合器温度为系数的线性方程显性表达。
1.2. 催化剂欠空气保护
如果氧化反应过程中空气量不足的话，那么将对催化剂造成影响，使催化剂失去活性。催化剂欠空气保护区域是关于FNYR3的一条直线，是以丙烯与惰性气体为变量，斜率由固定值系数决定。
将第一反应器、混合器爆炸区域与催化剂欠空气保护区进行叠加，便可得到如下图所示的二维平面区域。
1.3. 操作点
由于在实际生产过程中仪表指示的误差是不可避免的，操作点就不能看作一个点，而是一个仪表指示误差区域，实际的坐标点无法精确测量但是存在于这个误差区域中。
1.4. 参数变化的影响
有关于上述区域和操作点变化的参数多达20多个，反应器顶部压力，熔盐温度及混合器出口温度会使区域边界线产生平移；而丙烯、空气等介质的相关参数（如流量、温度、压力等）会影响操作点的位置变化。
1.4.1. 反应器压力变化对联锁的影响
图2 压力、温度、流量极限触发的不同联锁情况
从参数变化对联锁的影响可以看出，大部分参数的变化都会使得操作点进入联锁区域，且随着负荷的不同和参数的变化，操作点与联锁区域的交叉点也会有所不同，这就代表着不可能对各参数设置固定报警值来提醒操作人员，设置固定报警值的后果可能是误导操作人员，频繁报警，也可能是未及时提醒操作人员工况已临近联锁状态。
2. 模拟软件开发
2.1. 开发的意义
从上述分析可以看出，如果需要对工艺负荷进行调整或者对某一变量进行调整，则很有可能会使参数计算结果达到联锁条件导致装置停车，所以需要让工艺专业知道即将进行的调整将会使得操作点和各区域发生怎样的变化，是否会使得操作条件达到联锁临界环境，以及操作的裕度还有多少。如果可以预先让工艺专业知道各种条件调整后的结果，那么操作将会变得精准。
2.2. 开发思路
开发界面分为两部分：一部分为参数调整界面，工艺可以在此界面进行与反应相关的各项参数调整，在参数调整完之后可以通过计算按钮触发程序的计算部分，然后将计算结果显示在该界面，该界面同时提供联锁触发显示；另一部分为图形显示界面，可以显示在当天输入的参数条件下各区域和操作点的2D图形，将计算结果具象化。
由于在公司办公网络中不可以自建服务器，所以该软件只能以单机版方式运行，开发环境使用Visual C#。
2.3. 开发过程
2.3.1. 控件部署
界面包含报警区域，如果计算结果达到触发联锁的边界条件，那么这一部分将会色变；参数区域，将各工艺参数通过计算后的结果显示出来；流量补偿区域为输入区域，将5各主要工艺介质的温度、压力、流量在此区域输入，可得到补偿后的流量，补偿后的流量将最终用于计算操作点的位置及误差范围；其他参数区域主要用于边界条件计算的各项参数输入；在窗体右端部署绘图区域，将各参数的具体数值转换为可视化图形。
2.3.2. 函数定义及功能实现
定义函数Initial、Calculate和Drawing分别用于各项参数的初始化、计算及绘图。
Initial函数主要用于窗口初次加载和数据重置使用；Calculation函数用于各项参数输入完成后的数值计算并将这些计算结果反回于界面的参数区域；Drawing将Calculation函数计算后的参数通过Graphics对象及其功能在绘图区域显示。其运算输出结果实例如下图所示：
图3 程序运行结果实例
3. 总结
通过对丙烯酸氧化单元计算的深入研究，掌握了丙烯酸氧化单元联锁的构成及其原理，并开发出相应的功能软件，由于多变量的分析对于人工来说难度较大且浪费大量的时间进行人工计算，软件的成功开发对离线的工艺状态分析、操作调整及停车原因分析起到了重要的指导作用。
参考文献
[1] 中国石油工程设计有限公司东北分公司.丙烯酸设计资料[M].吉林：中国石油工程设计有限公司东北分公司,2008.
[2] Thomas H. Cormen.算法导论[M].伦敦：麻省理工学院出版社,2009.
[3] Tony Gaddis.Starting out with visual C#[M].Hoboken：Pearson,2020.
