常減壓裝置中先進控制技術的具體運用

劉克義

摘要：針對常減壓裝置工藝特點和先進控制技術應用難點重新設計和實施先進控制系統(tǒng)。通過引入油品揮發(fā)度作為即時反映原油輕重的量化指標，并以此作為前饋信息來指導原油切換期間的質量控制，實現(xiàn)了原油切換過程的平穩(wěn)過渡。

關鍵詞：常減壓裝置；先進控制技術；具體應用

以預測控制為主要特征的先進控制，由于可以改善過程動態(tài)控制的性能，減少過程變量的波動幅度，使之更接近其優(yōu)化目標值，從而將生產(chǎn)裝置推向更接近其約束邊界條件下運行，最終達到增強裝置運行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質量的均勻性、提高目標產(chǎn)品收獲率、增加裝置處理量、降低運行成本等目的，而在煉油企業(yè)中得到廣泛的應用。

常減壓裝置是煉油企業(yè)的龍頭裝置。常減壓裝置因處理量較大，其絕對能耗比較高，在整個煉油企業(yè)的耗能中占15%～20%?？梢妼Τp壓裝置實施先進控制以降低其能耗，提高其附加值產(chǎn)品收率意義十分重大。在當前原油價格多變的市場環(huán)境下，為降低成本，原油同時采購自各個地方，性質各不相同。常減壓裝置有時四五種原油混煉，原油頻繁切換，且原油在原油罐中分層會造成輕重變化。這種加工原油性質的頻繁變化給常減壓裝置平穩(wěn)操作和先進控制的應用帶來了巨大困難。

一，先進控制系統(tǒng)設計

為了解決原有先進控制方案無法適應加工原油性質頻繁變化的問題，可以對常減壓蒸餾裝置先進控制系統(tǒng)進行了重新設計和實施。我們建議采用Aspen公司的DMCplus先進控制技術，通過建立裝置的過程模型，并結合原油切換過程表征，研究開發(fā)了7個先進控制器，包括A區(qū)常壓蒸餾控制器、B區(qū)常壓蒸餾控制器、常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器、加熱爐燃燒控制器和減壓塔控制器。

1，常壓蒸餾控制器

常壓蒸餾控制器的控制目標包括：穩(wěn)定產(chǎn)品質量，實現(xiàn)質量卡邊控制，并增加高附加值產(chǎn)品收率；實現(xiàn)原油罐切換過程平穩(wěn)過渡；節(jié)能。

一方面，油品揮發(fā)度工藝計算。針對原油切換，先進控制系統(tǒng)主要面臨以下難題：（1）油質變化頻繁。目前大型常減壓裝置常常要處理數(shù)十多種原油，在線調和，進料變化繁復，對每次加工的原油實時進行油品分析也不現(xiàn)實。（2）切換動態(tài)。原油混合的均勻程度及在儲罐中分層和管道中滯留，使得預知進塔原油的實時狀況十分困難。（3）密度不可靠。直接用原油密度來甄別油的輕重亦不可行。（4）原油輕重度量。原油有輕重變化，需要用某一特征數(shù)代表，才能真正在先進控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用。為開發(fā)能適應原油切換的控制系統(tǒng)，需要設計一即時反映原油輕重的量化指標，以此作為前饋信息來指導切換期間的質量控制。一定量的常底油加熱到一定溫度進入常壓塔閃蒸段后，輕重油品對熱負荷具有不同的影響：輕油會產(chǎn)生較多油氣，從而導致整個塔的冷凝負荷上升，即頂回流負荷和頂循、中循負荷都將相應增加以冷凝更多的油氣，否則，塔壓和頂溫將失控；反之，重油進塔后，上升油氣減少，為維持一定的塔壓和頂溫，各個冷凝負荷包括頂回流、頂循、中循負荷將下降。這樣，基于塔的熱平衡的計算具有以下2個優(yōu)點：首先是實時性，進塔的油品變化幾乎與熱負荷變化同時；其次是冷凝負荷大致與閃蒸油氣量成比例。根據(jù)這一原理可以計算出一個代表實時油品輕重的參數(shù)，可將它稱為油品揮發(fā)度，定義為單位溫差、單位進料對應的總熱負荷。揮發(fā)度越大，油品越輕；揮發(fā)度越小，油品越重。采用產(chǎn)品質量軟測量方案，塔頂汽油干點由塔頂溫經(jīng)壓力校正計算而得，側線產(chǎn)品質量與側線抽出溫度以及油品揮發(fā)度密切關聯(lián)。伴隨油品切換過程，塔的壓力會變化，根據(jù)塔頂汽油干點的預測，控制器將分別自動調整初餾塔和常壓塔頂溫設定值，保證汽油產(chǎn)品質量。同時，控制器會隨著油品揮發(fā)度變化自動在適當?shù)臅r候對各個側線抽出量作出適當調整，以完成原油切換過程的平穩(wěn)過渡。另一方面，能量回收環(huán)節(jié)節(jié)能常減壓裝置的剩余熱量，主要是蒸餾塔塔頂回流和各中段回流取出的，熱流的溫位沿塔徑方向從上而下依次升高。因而為提高原油的最終換熱溫度，應合理分配取熱，增加高溫位熱源熱量供給，進行常壓塔的優(yōu)化控制是重要的措施之一。通常，熱流溫位沿常壓塔的塔徑方向自上而下依次升高，因而在保證常壓塔汽液相分布均勻和產(chǎn)品質量合格的前提下，應盡量提高二中和一中循環(huán)量，盡量降低冷回流量，最大限度地使高溫位熱源多換熱，可提高熱量利用率。在具體實施過程，合理設置先進控制器的優(yōu)化參數(shù)可實現(xiàn)該功能。

2，加熱爐支路平衡和燃燒控制器

在熱量的傳輸和轉換環(huán)節(jié)，能量的利用率為86.9%。在直接損失的能量中，加熱爐的排煙熱損失占總供入能量的8.45%。為此，設計加熱爐燃燒控制器，用于平穩(wěn)加熱爐出口溫度，提高熱效率，降低排煙熱損失。除此以外，為減少原油各支路進加熱爐最終混合后的熱損失，提高加熱爐加熱原油的效率，針對原油加熱流程設計加熱爐支路平衡控制器。加熱爐支路平衡和燃燒控制器包括4個先進控制器：常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器和加熱爐燃燒控制器，控制目標為平穩(wěn)加熱爐出口溫度、爐膛負壓和煙氣氧含量，實現(xiàn)加熱爐各支路進料流量和出口溫度均衡，提高加熱爐的效率，在能量傳輸和轉換環(huán)節(jié)節(jié)能降耗。

二，先進控制系統(tǒng)控制效果

1，原油切換過程過渡平穩(wěn)。常壓蒸餾控制器設計了油品揮發(fā)度工藝計算，實時表征煉制原油輕重。在裝置原油切換過程中，常壓蒸餾控制器會自動調節(jié)常壓塔一中流量、二中流量、頂循流量和各側線抽出溫度，以保證原油切換過程中常壓塔工藝參數(shù)平穩(wěn)，產(chǎn)品質量合格。

2，產(chǎn)品質量軟測量。在油品揮發(fā)度工藝計算基礎上，利用裝置的溫度、壓力、流量和軟測量建模技術，開發(fā)了A/B區(qū)初頂油干點、A/B區(qū)常頂油干點、A/B區(qū)常一線干點、A/B區(qū)常一線閃點、A/B區(qū)常三線95%等產(chǎn)品質量軟測量。各產(chǎn)品質量軟測量變量（CV）用于先進控制器嚴格控制，各項質量指標控制良好。

3，先進控制器控制效果。先進控制器投用后，裝置操作更加平穩(wěn)，各項控制指標達到標準方差減少20%～30%的目標。同時，由于控制精度的提高，實現(xiàn)了對主要生產(chǎn)指標和質量指標的卡邊控制，提高了目的產(chǎn)品收率，節(jié)省了能源，達到了增加裝置效益的目的。

結語

研究結果顯示，經(jīng)重新設計和實施，先進控制系統(tǒng)有較強的適應性、穩(wěn)定性和較高的投用率。先進控制技術的應用使裝置運行更加平穩(wěn)，在降低能耗的同時提高了目標產(chǎn)品的收率和收益，取得了良好的應用效果。

參考文獻

[1楊周，先進控制技術在常減壓裝置中的應該用【J】，當代化工研究，2019，01

（作者單位：中國石油化工股份有限公司濟南分公司）