精馏塔运行监测与故障预警的智能传感研究

张 磊

（江苏康缘药业股份有限公司，江苏 连云港 222000）

摘  要：以某化工企业乙醇精馏塔为对象，针对传统监测手段参数单一、偏差识别滞后等问题，构建了基于多源智能传感的运行监测与故障预警方法。通过布设分布式光纤温度、塔板微压差、回流与蒸汽流量等传感器，采集塔内关键动态特征，并引入时序状态识别模型实现运行状态分类。在此基础上建立分级预警机制，实现了对温度梯度、压降与气液比偏移的量化判断。通过对比实验验证了该方法在早期偏差识别和异常趋势捕捉方面的显著优势。

关键词：精馏塔；智能传感；运行监测；故障预警

0 引言

当前精馏塔运行监测技术正从传统的人工巡检与单点仪表测量，转向多参数融合与智能识别。然而，现阶段的研究多集中于温度或压力等局部参数的采集，缺乏对塔内热力学与传质行为的整体感知能力，使得运行偏差与潜在故障的早期预警仍存在滞后与不确定性。本文以某化工企业的乙醇精制工序的T-301乙醇精馏塔为研究对象，围绕其运行特征与典型偏差模式，提出1套基于智能传感的运行监测与故障预警方法，并通过实验验证其有效性与工程可实施性。

1 精馏塔运行概况与问题分析

T-301乙醇精馏塔为连续操作装置，塔高约22m、共32块塔板，原料处理量3.5~4.0t/h，正常操作温度自塔底约118℃递减至塔顶78℃，塔顶产品需维持乙醇质量分数>99.5%。但在实际运行中，受原料组成波动、负荷调整及回流系统扰动影响，塔板温度梯度常出现1～3℃的异常偏移，塔顶含水量易升至0.8%~1.2%，导致产品质量不稳和能耗上升。现有监测手段仍以塔顶/塔底单点参数为主，无法获取塔内温度场与传质效率变化，异常情况只能在质量波动后被动识别，预警滞后明显。

2 精馏塔运行特征分析

2.1 温度梯度与能量分布特性

T-301乙醇精馏塔在稳定负荷下呈现典型的逆流传热与气液平衡特征，其塔底温度维持在115～118℃，塔中段90～100℃，塔顶稳定在78~79℃。该温度梯度与塔内能量分布满足精馏过程的阶段汽化-冷凝规律，可由塔板能量平衡关系加以描述：进人塔板的能量主要由上升蒸汽携带的显热与潜热以及下行液流的烙值共同构成；2股物流之间的能量交换决定了塔板温度及其沿塔高度的分布。

实际运行中，塔底再沸器负荷保持在210~230kW区间，蒸汽量随之维持在420~460kg/h。当再沸器负荷出现±5%扰动时，中段温度梯度变化可达1.2~1.8℃，反映塔内能量分布对热负荷高度敏感。

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