先進(jìn)控制在醇酮裝置中的應(yīng)用

孫兆申 趙志紅

(中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

先進(jìn)控制在醇酮裝置中的應(yīng)用

孫兆申a趙志紅b

(中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

某醇酮裝置表盤(pán)控制系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制，生產(chǎn)中存在反應(yīng)滯后、參數(shù)波動(dòng)大等缺點(diǎn)。為此，將北京清大華億科技有限公司設(shè)計(jì)的先進(jìn)控制應(yīng)用于該裝置并進(jìn)行實(shí)際操作，從兩個(gè)工段多個(gè)參數(shù)進(jìn)行細(xì)致考核，先進(jìn)控制下的操作波動(dòng)減小，波動(dòng)均方差減少都在20%以上，操作平穩(wěn)率顯著提高，同時(shí)裝置的環(huán)己烷單耗降低了1.56kg/t。

先進(jìn)控制 醇酮裝置 環(huán)己烷單耗

隨著先進(jìn)控制技術(shù)的不斷成熟和完善，目前國(guó)外各控制技術(shù)公司如AspenTech、Honeywell及Foxboro等都設(shè)計(jì)了各自的先進(jìn)控制技術(shù)[1]，并且國(guó)外的流程工業(yè)也采用先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)生產(chǎn)、節(jié)能降耗、質(zhì)量卡邊、提高產(chǎn)品收率和處理量的目標(biāo)，獲得了更多的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)先進(jìn)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用相對(duì)較晚，近年來(lái)也得到了較快的發(fā)展，已經(jīng)有不少研究者闡述了先進(jìn)控制在不同化工裝置的應(yīng)用[2～4]。薄迎春等在煉油廠催化裝置上實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制[5]；周猛飛等探討了先進(jìn)控制在延遲焦化裝置的應(yīng)用，生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)性和控制精度得到了明顯的改善[6]；李鑫等研究了先進(jìn)控制在乙烯裂解爐的應(yīng)用，提高了裝置的平穩(wěn)率，提升了雙烯、碳四等產(chǎn)品的收率[7]；冒永生等對(duì)PTA裝置氧化過(guò)程實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化與先進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)了效益最大化[8]；羅斌等應(yīng)用先進(jìn)控制對(duì)廢水厭氧進(jìn)行了有效處理[9]。

中國(guó)石油遼陽(yáng)石化精己二酸生產(chǎn)線上的中間裝置——醇酮裝置，采用環(huán)己烷無(wú)催化氧化法，以環(huán)己烷為原料，經(jīng)貧氧空氣氧化生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮混合物，即醇酮。該醇酮裝置的表盤(pán)控制系統(tǒng)采用的是常規(guī)PID控制，生產(chǎn)過(guò)程中存在反應(yīng)滯后、參數(shù)波動(dòng)大等問(wèn)題。為此，將北京清大華億科技有限公司設(shè)計(jì)的先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于該裝置并進(jìn)行實(shí)際操作，以減小操作波動(dòng)，提高操作平穩(wěn)率，并降低裝置的環(huán)己烷單耗。

中國(guó)石油遼陽(yáng)石化醇酮裝置的先進(jìn)控制由北京清大華億科技有限公司采用先進(jìn)控制軟件PACROS VSUPCC作為先進(jìn)控制實(shí)施的基礎(chǔ)平臺(tái)，在其基礎(chǔ)上為各生產(chǎn)單元開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的多變量預(yù)估控制器。同時(shí)使用PACROS Observer軟測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置關(guān)鍵質(zhì)量的控制指標(biāo)。包括運(yùn)行平臺(tái)、不可測(cè)變量在線實(shí)時(shí)觀測(cè)器，變結(jié)構(gòu)通用模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制器、反應(yīng)深度實(shí)時(shí)優(yōu)化器、模型仿真與驗(yàn)證、控制系統(tǒng)的離線設(shè)計(jì)與組態(tài)、工程師界面及操作員界面等。

該醇酮裝置由100#氧化工段、200#預(yù)濃縮-脫過(guò)氧化氫工段、300#蒸餾工段和400#尾氣處理工段組成。針對(duì)醇酮裝置的具體情況，先進(jìn)控制系統(tǒng)(圖1)均設(shè)計(jì)了200#與300#兩個(gè)控制器，200#控制器主要針對(duì)洗滌塔D202，300#控制器主要針對(duì)第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302。各先進(jìn)控制器所需的軟測(cè)量參數(shù)由軟測(cè)量系統(tǒng)提供。另外，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一些其他功能模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊要求的功能。

圖1 醇酮裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

洗滌塔D202的作用是洗去產(chǎn)物中的酸性物質(zhì)，保證產(chǎn)物中沒(méi)有酸；第一脫烷塔D301的作用是分離出醇酮產(chǎn)物中90%的環(huán)己烷，提純目標(biāo)產(chǎn)物；第二脫烷塔D302是減壓蒸餾塔，作用是分離出醇酮產(chǎn)物中剩余的環(huán)己烷。

2 先進(jìn)控制投用效果

2.1系統(tǒng)投用率統(tǒng)計(jì)

先進(jìn)控制系統(tǒng)自上線運(yùn)行并調(diào)整以后，由于運(yùn)行較平穩(wěn)，加之車(chē)間加強(qiáng)了對(duì)操作人員的培訓(xùn)工作并下達(dá)了對(duì)先進(jìn)控制系統(tǒng)投用的考核指標(biāo)，除工藝原因不能投用的情況之外，總體上保持了較高的投用率。

表1是6月1日～8月31日系統(tǒng)考核標(biāo)定期間醇酮裝置200#控制器和300#控制器的操作變量MV和被控變量CV投用率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(由于工藝原因未能投用的情況除外)。

表1 醇酮裝置先進(jìn)控制投用情況 %

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，在具備調(diào)節(jié)手段的情況下，醇酮裝置各先進(jìn)控制器都保持了較高的投用率，MV和CV總體投用率達(dá)到了99%以上。

2.2控制性能數(shù)據(jù)對(duì)比

表2給出醇酮裝置考核標(biāo)定期間常規(guī)控制和先進(jìn)控制投用前后重要變量的方差變化情況。

表2 醇酮裝置過(guò)程控制性能數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)以上對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，醇酮裝置先進(jìn)控制投用后，洗滌塔D202液位和壓差、第一脫烷塔D301塔頂和塔底溫度、第二脫烷塔D302各段溫度、醇酮重組分含量控制平穩(wěn)性都有較大提高，波動(dòng)均方差降低在20%以上。另外，洗滌塔D202水洗比效果改善不大，主要是由于水洗比采用區(qū)域控制，一般情況下不需要進(jìn)行調(diào)解，常規(guī)控制和先進(jìn)控制都比較平穩(wěn)。

2.3操作平穩(wěn)性

選取醇酮裝置第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302先進(jìn)控制系統(tǒng)投用前后的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖2～5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，投用先進(jìn)控制后系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性比常規(guī)控制時(shí)有所提高。

圖2 D301常規(guī)控制趨勢(shì)記錄

圖3 D301先進(jìn)控制趨勢(shì)記錄

圖4 D302常規(guī)控制趨勢(shì)記錄

圖5 D302先進(jìn)控制趨勢(shì)記錄

由圖2、3可以看出，先進(jìn)控制投用后，在工況大致相同的情況下，回流罐液位和塔底液位控制在小范圍內(nèi)波動(dòng)，達(dá)到了平穩(wěn)操作，參數(shù)波動(dòng)情況更小，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)的目的。

由圖4、5可以看出，在進(jìn)料量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，投用先進(jìn)控制時(shí)，D302塔的塔頂、中部和塔底溫度比常規(guī)控制波動(dòng)范圍要小。

由于先進(jìn)控制運(yùn)行平穩(wěn)，參數(shù)優(yōu)化較好，項(xiàng)目實(shí)施后醇酮裝置醇酮環(huán)己烷的單耗降低了1.56kg/t，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。對(duì)提高醇酮裝置的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

3 先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)施后的不足之處

先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)施之后，也存在一定的不足，當(dāng)裝置儀表出現(xiàn)虛假指示時(shí)，裝置發(fā)生波動(dòng)；裝置開(kāi)停車(chē)時(shí)，先進(jìn)控制不能代替常規(guī)PID控制，先進(jìn)控制就必須摘除。因此，化工生產(chǎn)還必須由操作工認(rèn)真操作進(jìn)行監(jiān)盤(pán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)石油遼陽(yáng)石化精己二酸生產(chǎn)線上的醇酮裝置，通過(guò)先進(jìn)控制項(xiàng)目的實(shí)施，取得了預(yù)期的目標(biāo)，操作平穩(wěn)性得到提高，在相同條件下，關(guān)鍵被控變量波動(dòng)均方差減少20%以上，裝置環(huán)己烷單耗降低1.56kg/t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

先進(jìn)控制技術(shù)實(shí)施后，要求現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員切實(shí)掌握相關(guān)技術(shù)，才能使先進(jìn)控制技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮更大的作用，取得更大的效益。

[1] 翟玉宏.多變量模型預(yù)估控制器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[D].大連:大連理工大學(xué),2005.

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2016-04-05(修改稿)