常減壓裝置先進控制關(guān)鍵技術(shù)分析

[摘要]：常減壓裝置在原油加工處于首要位置，同時在其過程中也是加工規(guī)模最大的工藝裝置。自動化技術(shù)在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程應(yīng)用越來越廣泛，先進控制已成為石油化工企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大生產(chǎn)的重要手段。本文在分析了常減壓裝置的控制方案相關(guān)技術(shù)，介紹魯棒多變量預(yù)估控制原理，并研究了常壓塔控制器的功能設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]：煉油廠，常減壓裝置，先進控制，結(jié)束改革

目前，石油化工企業(yè)對市場和生產(chǎn)環(huán)境的變化都表現(xiàn)出十分敏感的特性，以期獲得最大的經(jīng)濟效益。世界各國的經(jīng)驗表明，先進控制技術(shù)是提高企業(yè)的經(jīng)濟效益、降低生產(chǎn)成本、提高其在國際市場中的創(chuàng)新力、應(yīng)變力、適應(yīng)力和綜合競爭力的主要技術(shù)手段之一。常減壓裝置的主要任務(wù)是將原油分離成合格的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，是原油加工中重要的組成部分。本文就煉油廠中的常減壓裝置的先進控制技術(shù)的一些關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1常減壓裝置的工藝簡介

常減壓裝置是煉油廠進行原油提煉的第一道工序，它的作用是從原油中提煉出各種燃料、潤滑油、化工原料等產(chǎn)品。其基本原理主要是利用加熱、分餾等物理方法分割不同沸點范圍的汽油，柴油、溶劑油、航空煤油和重油等二次加工原料和產(chǎn)品。其特點是加工方法簡單、成本低。因此，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，其一次拔出率的高低將直接影響到煉油廠的整體經(jīng)濟效益。常減壓裝置主要由原油電脫鹽系統(tǒng)、原油換熱系統(tǒng)、原油精餾系統(tǒng)和產(chǎn)品冷凝、冷卻系統(tǒng)等幾部分組成，其核心為原油精餾系統(tǒng)。生產(chǎn)上利用原油中各組分的沸點不同，將原油加熱到一定溫度，送入常壓精餾塔，在塔的進料段進行一次汽化。汽化后，氣相部分上升至塔的精餾段，液相部分下降至塔的提餾段，是此裝置工藝原理。

2常減壓裝置先進控制關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1常減壓裝置的控制方案

常減壓裝置控制系統(tǒng)的應(yīng)用目的是平穩(wěn)工藝操作，保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。要達到此目的就必須保證裝置的物料、氣液相和熱量的三大平衡。

(1)常規(guī)控制方案

常規(guī)控制方案是在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上形成的，在實際生產(chǎn)過程中，一般的常規(guī)控制回路主要由測量單元、以PID為基礎(chǔ)建立的常規(guī)調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、檢測元件和工藝對象等幾部分組成。從其結(jié)構(gòu)來分，主要有單回路、串級控制回路和復(fù)雜控制回路等幾種。其控制模式主要有手動、自動和串級控制等，控制對象一般為壓力、溫度、流量和液位四大參數(shù)。該方案能基本滿足系統(tǒng)對三大平衡的控制。但由于控制作用的預(yù)知性差、抗干擾能力不強，從而不能達到使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量最優(yōu)的效果。但其有實施簡單、控制直接的優(yōu)點。

(2)先進控制方案

隨著現(xiàn)代控制理論發(fā)展，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論以優(yōu)化生產(chǎn)為目的的先進控制方案在工業(yè)生產(chǎn)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，甚至成為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品的最有效的手段之一。它是軟測量儀表、先進控制器和常規(guī)控制回路的集成。正是由于有了軟測量儀表和先進控制器的應(yīng)用，一方面使得先進控制方案可直接控制產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面由于先進控制器的預(yù)知能力強、控制手段先進、使系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒性均得以加強。系統(tǒng)大小可以根據(jù)需要，選用SISO(單入單出系統(tǒng))、MISO(多入單出系統(tǒng))或MIMO(多人多出系統(tǒng))等，它的控制對象可以是四大參數(shù)，也可以是通過工藝計算和先進的數(shù)據(jù)處理方法單獨或結(jié)合使用，以相應(yīng)的四大參數(shù)及物料的密度、特性因素等物性參數(shù)為基礎(chǔ)而計算出的關(guān)鍵工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)?？捎糜诮⑾冗M控制器的方法很多，如解耦控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制和基于模型的預(yù)測控制等，但在實際應(yīng)用中則以實施簡單、功能實用為主。目前，在煉油化工行業(yè)應(yīng)用最廣且效果最好的應(yīng)屬基于模型的預(yù)測控制方法。

常規(guī)控制的主要目的和任務(wù)是維持裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的合格。隨著DCS系統(tǒng)在煉油化工行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，為常規(guī)控制功能的提高提供了強大的技術(shù)支持。從裝置的角度來看，其主要參數(shù)的測量信號均送至中央控制室，由DCS系統(tǒng)進行控制操作。可以看出，在常減壓裝置的控制中串級控制是較復(fù)雜的常規(guī)控制，而常減壓裝置是過程變量高度耦合的工藝過程，以往都是靠操作人員憑經(jīng)驗實施干預(yù)控制，精度不高，勞動強度大，常規(guī)控制不能達到最佳效果。如果采用先進控制，能較好的解決這些問題。目前，國內(nèi)外在常減壓裝置開發(fā)和應(yīng)用的先進控制技術(shù)很多，這里主要介紹魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)。

2.2魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)分析

2.2.1模型預(yù)估控制基本原理

魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)分析核心內(nèi)容是預(yù)估控制，代表性的軟件有DMCplus和魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)，基本思想是采用過程模型預(yù)測未來時刻的輸出，用對象實際輸出與模型預(yù)測輸出的差值修正過程模型，同時實現(xiàn)最優(yōu)控制。預(yù)測控制的基本特征是[1，2]，預(yù)測模型，反饋校正，滾動優(yōu)化等。預(yù)測控制的上述特點：預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正，正好對應(yīng)于一般控制理論中模型、控制、反饋概念。但是，由于預(yù)測控制對模型結(jié)構(gòu)的不唯一性，使它可以根據(jù)過程的特點和控制要求，以最方便的方法在系統(tǒng)的輸入輸出信息中，建立起預(yù)測模型。

魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)。簡稱RMPcT(RobustMultivariable Predictive Control Technology)，為變量之間相互關(guān)聯(lián)的過程提供控制和優(yōu)化。它屬于基于模型的預(yù)測控制技術(shù)領(lǐng)域，其控制器由階躍相應(yīng)測試數(shù)據(jù)辨識而來的傳遞函數(shù)動態(tài)矩陣模型(預(yù)測模型)、反饋校正和滾動優(yōu)化三部分組成。RMPCT的相關(guān)參數(shù)：RMPCT的輸入和輸出變量有被控變量、操作變量和擾動變量，是一個多變量輸入與多變量輸出控制系統(tǒng)，各種變量數(shù)的多少由過程控制的難易程度而定。RMPCT的特點有適應(yīng)性和魯棒性強。具有靜態(tài)優(yōu)化功能，良好的協(xié)調(diào)控制功能等。

2.2.2常壓塔控制器的功能設(shè)計

常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量的變化主要體現(xiàn)在產(chǎn)品抽出溫度和熱焓變化上。溫度的變化是熱量傳遞過程，熱焓的變化是物料傳質(zhì)過程，而控制這些變化的手段多為流量控制。由于常壓塔側(cè)線餾出溫度可以在相當(dāng)程度上反映產(chǎn)品組分的輕重，可以分析出各側(cè)線流量對各側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這樣，根據(jù)工藝過程可以確定各個變量在控制器中的位置，作用以及相互關(guān)系。常壓塔的控制目標(biāo)主要有：穩(wěn)定操作，控制常壓塔產(chǎn)品質(zhì)量。提高目標(biāo)產(chǎn)品收率；降低能耗。根據(jù)控制目標(biāo)，很容易確定常壓蒸餾系統(tǒng)的CV主要為質(zhì)量指標(biāo)。在實際操作中由于不具備使用在線分析儀直接測量質(zhì)量指標(biāo)的條件，因此采用控制溫度。對常壓蒸餾系統(tǒng)有影響的可控變量有：初餾塔頂回流、常壓塔頂回流、常壓塔頂循回流量、常一中回流量、常二中回流量、常一線溫度、常二線溫度、常三線溫度、常壓爐出口溫度指標(biāo)調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量。對常壓塔被控變量有影響的可控變量很多，在設(shè)定干擾變量時要考慮到其獨立性和可實施性。對相互關(guān)聯(lián)的變量，只取其中起初始作用的一個變量作為干擾變量。所以，按照以上的設(shè)計原則和步驟，分析常減壓裝置的工藝原理，就可以建立常減壓蒸餾系統(tǒng)(初餾塔、常壓爐和常壓塔)為對象的RMPCT控制器。

3結(jié)語

常減壓裝置在原油加工處于首要位置，同時在其過程中也是加工規(guī)模最大的工藝裝置。自動化技術(shù)在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程應(yīng)用越來越廣泛，先進控制已成為石油化工企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大生產(chǎn)的重要手段。本文在分析了常減壓裝置控制的現(xiàn)狀及原理基礎(chǔ)上，結(jié)合常減壓裝置生產(chǎn)和控制要求，根據(jù)常減壓裝置工藝過程的特點，分析了魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)特點，希望能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、操作安全的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的收率增加，同時也提高整個裝置運行的安全性。