輕烴分餾裝置操作優(yōu)化方案

杜春龍

（大慶油田化工有限公司輕烴分餾分公司，黑龍江大慶 163411）

1 輕烴分餾控制的現(xiàn)狀

當(dāng)前，很多輕烴分餾裝置仍然在使用以單一回路、單一變量的核心控制為基礎(chǔ)的DCS控制系統(tǒng)，但是其作用比較有限，只能替代傳統(tǒng)的儀表；與此同時(shí)，因?yàn)镈CS控制局限性、原料精餾過程、應(yīng)用工藝以及自身?xiàng)l件等，使得輕烴分餾裝置的操作很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。當(dāng)前輕烴分餾控制表現(xiàn)特征主要分為4個(gè)方面：①有很多因素都會(huì)對(duì)輕烴分餾過程產(chǎn)生影響，尤其是能量和物料等方面，影響是很頻繁而且十分明顯的，比如物料成分會(huì)產(chǎn)生變化、物料進(jìn)入量的變化、塔頂和塔底的溫度變化以及環(huán)境條件的改變等。在這些因素中，塔頂與塔底溫度變化以及物料組成變化等對(duì)精餾過程是否運(yùn)行平穩(wěn)的影響是最突出的；②據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前進(jìn)行應(yīng)用的精餾塔，本身就具有強(qiáng)耦合性、非線性以及多變量性等特征，所以如果僅是控制單變量，是很難滿足實(shí)際需求的，不僅有很大差別，還存在很多棘手的困難；③當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的輕烴分餾裝置工藝過程是同一種多精餾塔進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行，這就顯現(xiàn)出各精餾塔間具有上下游工藝關(guān)系，下游的精餾塔工藝生產(chǎn)會(huì)被上游的精餾塔狀態(tài)與工況所影響；④目前DCS系統(tǒng)還沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要人工進(jìn)行部分操作，這就加大了人力的投入和人力工作量，由于人為操作會(huì)受到時(shí)間和習(xí)慣等因素的影響，這就使得生產(chǎn)過程出現(xiàn)不一致性。

2 輕烴預(yù)分餾自動(dòng)控制的優(yōu)化

先進(jìn)控制系統(tǒng)的硬件接口：當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)出先進(jìn)控制的輕烴分餾裝置，但是仍然需要以DCS為基礎(chǔ)，F(xiàn)oxbox的產(chǎn)品VAs是常用的控制系統(tǒng)，它能夠兼容先進(jìn)控制系統(tǒng)，主要運(yùn)行在控制系統(tǒng)上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)的Opcserver通訊效率非常高，在進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換過程中，主要借助HUB完成，提高了自動(dòng)控制過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性以及傳輸效率，并且開放性良好。除此之外，先進(jìn)控制器和監(jiān)督控制也運(yùn)行在控制系統(tǒng)上位機(jī)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各環(huán)節(jié)和裝置的先進(jìn)控制，需要將Apc-Adcon軟件安裝在上位機(jī)中，這些裝置分別包括液化氣分餾塔、脫正己烷塔、脫己烷塔、脫丁烷塔，脫戊烷塔等。

3 輕烴分餾裝置先進(jìn)控制的具體方案

輕烴分餾裝置的精餾塔之間關(guān)系非常密切，可以稱其為是上下串聯(lián)的關(guān)系，所以要將相關(guān)裝置當(dāng)做一個(gè)整體實(shí)施控制，與此同時(shí)，為了令控制精確性有所保障，在各個(gè)精餾塔中需要制定子控制系統(tǒng)，此外為了完成每個(gè)精餾塔的模型辨識(shí)，要發(fā)揮模型識(shí)別系統(tǒng)的作用，以便測(cè)得精餾塔的一系列參數(shù)，這些參數(shù)包括塔釜溫度、塔頂溫度回流量、塔釜再沸器的蒸汽流量等，精餾塔中的相關(guān)參數(shù)和這四方面的變量脫離不了干系，會(huì)深受其影響。所以有必要建立數(shù)學(xué)模型，在構(gòu)建預(yù)測(cè)控制內(nèi)部模型時(shí)，要參照數(shù)學(xué)模型才能保證準(zhǔn)確性。這就要求在選擇不同類型變量的約束、適當(dāng)?shù)膮?shù)軌跡以及具體的控制結(jié)構(gòu)時(shí)，要嚴(yán)謹(jǐn)遵循工藝的真實(shí)情況，這樣才能獲取預(yù)測(cè)控制器。先進(jìn)控制器存在的原因之一是考慮每個(gè)精餾塔的變量約束以及目標(biāo)，并且要認(rèn)真地設(shè)定變量的數(shù)值，先進(jìn)控制器的方案要隨著精餾塔的變化而改變：

1）在脫丁烷塔的先進(jìn)控制方案。要采取手段對(duì)不同變量數(shù)值范圍進(jìn)行控制，若變量再沸器返塔、塔頂、塔底、進(jìn)料預(yù)熱溫度處于合理的下限、上限值范圍，則相關(guān)的先進(jìn)控制器要想維持塔頂溫度，為了使回流量駐留值不被更改，先進(jìn)控制器要運(yùn)用再沸器蒸汽閥位、預(yù)熱蒸汽閥位的作用。當(dāng)預(yù)熱、再沸器蒸汽閥位處于合理的下限、上限值范圍，然而塔頂溫度不能繼續(xù)維持下去時(shí)，要調(diào)節(jié)回流量，其目的在于使塔頂溫度維持不變。當(dāng)塔頂溫度＜設(shè)定數(shù)值，但是再沸器溫度＞上限數(shù)值時(shí)，脫丁烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，與此同時(shí)，還要采取一系列措施，以便保證返塔溫度，比如通過降低預(yù)熱、再沸器蒸汽閥位或者降低回流量等措施，與此同時(shí)，要尋求有效措施，將塔頂溫度控制在相應(yīng)范圍，然而塔頂、返塔溫度卻還是無法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，則回流量值應(yīng)借助先進(jìn)控制器調(diào)節(jié)到最小，但是當(dāng)下限數(shù)值＞再沸器返塔溫度時(shí)，設(shè)定數(shù)值＜塔頂溫度變量值，脫丁烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，此時(shí)，還需要將回流量與預(yù)熱、再沸器蒸汽閥位值提高，使再沸器返塔溫度得到有效的控制，能夠和目標(biāo)值相統(tǒng)一。除此之外，塔頂溫度也要獲得相應(yīng)的保障，比如再沸器塔頂溫度和返塔溫度離目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)時(shí)，可以通過先進(jìn)控制器將回流量調(diào)節(jié)到最大值。

2）在脫戊烷塔的先進(jìn)控制方案中，要采取手段對(duì)不同變量數(shù)值范圍進(jìn)行控制，若變量再沸器返塔、塔頂、塔底溫度，處于合理的下限、上限值范圍，則相關(guān)的先進(jìn)控制器要想維持塔頂溫度，為了使回流量駐留值不被更改，先進(jìn)控制器要運(yùn)用再沸器蒸汽閥位的作用。當(dāng)再沸器蒸汽閥位處于合理的下限、上限值范圍，然而塔頂溫度不能繼續(xù)維持下去時(shí)，要調(diào)節(jié)回流量，其目的在于使塔頂溫度維持不變。當(dāng)返塔溫度＞上限數(shù)值，但是塔頂溫度沒有到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)，脫戊烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，與此同時(shí)，還要采取一系列措施，以便保證返塔溫度，比如通過降低再沸器蒸汽閥位或者降低回流量等措施，與此同時(shí)，要尋求有效措施，將塔頂溫度控制在相應(yīng)范圍，然而塔頂、返塔溫度卻還是無法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，則回流量值應(yīng)借助先進(jìn)控制器調(diào)節(jié)到最小，但是當(dāng)設(shè)定數(shù)值＜塔頂溫度時(shí)，下限數(shù)值＞返塔溫度變量值，脫戊烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，此時(shí)，還需要將回流量與再沸器蒸汽閥位值提高，使得再沸器返塔溫度可以被有效控制，能夠和目標(biāo)值相統(tǒng)一。除此之外，塔頂溫度也要獲得相應(yīng)的保障，比如再沸器塔頂溫度和返塔溫度離目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)時(shí)，可以通過先進(jìn)控制器將回流量調(diào)節(jié)到最大值。

3）在脫乙烷塔的先進(jìn)控制方案中，要采取手段對(duì)不同變量數(shù)值范圍進(jìn)行控制，若變量再沸器返塔、塔頂、塔底溫度，處于合理的下限、上限值范圍，則相關(guān)的先進(jìn)控制器要想維持塔頂溫度，為了使回流量駐留值不被更改，先進(jìn)控制器要運(yùn)用再沸器蒸汽閥位的作用。當(dāng)再沸器蒸汽閥位處于合理的下限、上限值范圍，然而塔頂溫度不能繼續(xù)維持下去時(shí)，要調(diào)節(jié)回流量，其目的在于使塔頂溫度維持不變。當(dāng)返塔溫度大于上限數(shù)值，但是塔底溫度沒有到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)，脫己烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，與此同時(shí)，還要采取一系列措施，以便保證返塔溫度，比如通過降低再沸器蒸汽閥位或者降低回流量等措施，與此同時(shí)，要尋求有效措施，將塔頂溫度控制在相應(yīng)范圍，然而塔頂、返塔溫度卻還是無法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，則回流量值應(yīng)借助先進(jìn)控制器調(diào)節(jié)到最小，但是當(dāng)設(shè)定數(shù)值＜塔頂溫度時(shí)，下限數(shù)值＞返塔溫度變量值，脫己烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，此時(shí)，還需要將回流量與再沸器蒸汽閥位值提高，使再沸器返塔溫度得到有效的控制，能夠和目標(biāo)值相統(tǒng)一。除此之外，塔頂溫度也要獲得相應(yīng)的保障，比如再沸器塔頂溫度和返塔溫度離目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)時(shí)，這時(shí)可以通過先進(jìn)控制器將回流量調(diào)節(jié)到最 大值。

4）在脫正己烷塔的先進(jìn)控制方案中，要采取手段對(duì)不同變量數(shù)值范圍進(jìn)行控制，若變量再沸器返塔、塔頂、塔底溫度處于合理的下限、上限值范圍，則相關(guān)的先進(jìn)控制器要想維持塔頂溫度，為了使回流量駐留值不被更改，先進(jìn)控制器要運(yùn)用再沸器蒸汽閥位的作用。當(dāng)再沸器蒸汽閥位處于合理的下限、上限值范圍，然而塔頂溫度不能繼續(xù)維持下去時(shí)，要調(diào)節(jié)回流量，其目的在于使塔頂溫度維持不變。當(dāng)塔頂溫度＜設(shè)定數(shù)值，但是塔底溫度＞上限數(shù)值時(shí)，脫正己烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，與此同時(shí)，還要采取一系列措施，以便保證返塔溫度，比如通過降低再沸器蒸汽閥位或者降低回流量等措施，與此同時(shí)，要尋求有效措施，將塔頂溫度控制在相應(yīng)范圍，然而塔頂、返塔溫度卻還是無法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，則回流量值應(yīng)借助先進(jìn)控制器調(diào)節(jié)到最小，但是當(dāng)設(shè)定數(shù)值＜塔頂溫度時(shí)，下限數(shù)值＞返塔溫度變量值，脫正己烷塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，此時(shí)，還需要將回流量與再沸器蒸汽閥位值提高上去，使再沸器返塔溫度得到有效的控制，能夠和目標(biāo)值相統(tǒng)一。除此之外，塔頂溫度也要獲得相應(yīng)的保障，比如再沸器塔頂溫度和返塔溫度離目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)時(shí)，可以通過先進(jìn)控制器將回流量調(diào)節(jié)到最大值。

5）在液化氣分餾塔的先進(jìn)控制方案中，要采取手段對(duì)不同變量數(shù)值范圍進(jìn)行控制，若變量再沸器返塔、塔頂、塔底溫度，處于合理的下限、上限值范圍，則相關(guān)的先進(jìn)控制器要想維持塔頂溫度，為了使回流量駐留值不被更改，先進(jìn)控制器要運(yùn)用再沸器蒸汽閥位的作用。當(dāng)再沸器蒸汽閥位處于合理的下限、上限值范圍，然而塔頂溫度不能繼續(xù)維持下去時(shí)，要調(diào)節(jié)回流量，其目的在于使塔頂溫度維持不變。當(dāng)返塔溫度＞上限數(shù)值，但是塔底溫度沒有到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)，液化氣分餾塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，與此同時(shí)，還要采取一系列措施，以便保證返塔溫度，比如通過降低再沸器蒸汽閥位或者降低回流量等措施，與此同時(shí)，要尋求有效措施，將塔頂溫度控制在相應(yīng)范圍，然而塔頂、返塔溫度卻還是無法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，則回流量值應(yīng)借助先進(jìn)控制器調(diào)節(jié)到最小，但是當(dāng)設(shè)定數(shù)值＜塔頂溫度時(shí)，下限數(shù)值＞返塔溫度變量值，液化氣分餾塔的先進(jìn)控制器應(yīng)先計(jì)算有關(guān)模型，此時(shí)，還需要將回流量與再沸器蒸汽閥位值提高，使再沸器返塔溫度得到有效的控制，能夠和目標(biāo)值相統(tǒng)一。除此之外，塔頂溫度也要獲得相應(yīng)的保障，比如再沸器塔頂溫度和返塔溫度離目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)時(shí)，可以通過先進(jìn)控制器將回流量調(diào)節(jié)到最大值。

4 結(jié)語

在石油化工行業(yè)，輕烴分餾是主要生產(chǎn)過程之一，如果工藝流程能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，不僅可以提高輕烴分餾裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，還能提升產(chǎn)品的質(zhì)量，文中還指明其特征表現(xiàn)為耦合關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、干擾因素多、滯后大、流程長等，然后以這些為依據(jù)，提出一些較為先進(jìn)的控制策略，希望可以提高裝置操作的穩(wěn)定性，降低人員工作強(qiáng)度。