乙烯装置精馏塔的控制分析

任燕翔，殷 新

（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都 611930）

乙烯装置精馏塔的控制分析

任燕翔，殷 新

（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都 611930）

对精馏塔控制进行了理论阐述并对乙烯装置的精馏塔控制进行了系统的分析和总结，描述了采用这种控制方法的主要原因，同时结合国内某具体乙烯装置精馏塔进行了详细的说明。

乙烯装置；精馏塔；预测控制

目前我国在石油化工、石油炼制以及其他化工生产过程中，精馏属于应用特别广泛的传质过程，主要目的是把混合液物质进行各组分的分离，从而达到要求所规定的纯度[1]。精馏设备一般由冷凝器、再沸器、回流罐和精馏塔以及辅助装置组成。精馏实际上是利用混合物不同组分的挥发性不同，也就是同一温度下不同物质蒸汽分压不同，导致液体介质中轻组分和气体介质中重组分之间相互转移，最终实现分离的目的。

1 精馏塔的基本控制方案理论指导

精馏塔是一种典型的多变量，通常会设置多个控制系统。在众多操纵变量和受控变量中，选择一种变量进行配对，这样就能组成一种类型的控制方案。然而如何在大量控制方案中合理选择一种方案是目前遇到的难题。早在20世纪60年代，Shinskey和同事采用一种全新的方案成功设计了一种精馏塔控制的复杂系统，并且可以进行方便的控制。此方法的主要思想是根据灵敏度和Bristol相对增益概念为基础进而解决精馏塔控制变量配对等问题。概括来说，Shinskey提出的方法可以总结为以下几点：①当需要控制塔中一端产品的最终质量时，选用物料平衡的方法来对该产品进行控制。②当塔两端流量较小时，应该选其作为操纵变量来控制塔中的产品质量。③如果塔的两侧都需要进行质量控制时，通常对纯产品含量较少，但是杂质含量较多的一端进行质量控制，而纯产品较多、杂志较少的一端进行质量控制应该应用能量平衡。

能量平衡控制和物料平衡控制基本概念是当顶部物流量或底部液体流量作为变量进行控制时，这个过程称为平衡控制。物料平衡是响应较为迅速的一种控制，但是对控制系统而言，由于耦合关系，控制一个变量会对其他多个变量产生一定的影响，所以一般物料控制在粗调的场合应用。当选择再沸器加热剂量或者顶部回流冷剂量作为变量进行操纵时，称为能量平衡控制。然而能量平衡控制产生反应的速度比较缓慢，但是针对一个控制系统，能量控制会有更高的控制精度，可以和高级以及先进控制相互结合运用。这3条准则是Shinskey多年工作的经验结晶，同时也是现代化工艺生产过程中最成功的Bristol-Shinskey应用。

尽管Shinskey准则并没有绝对性，但是可以有效对精馏塔控制方面进行指导。在精馏塔实施控制过程中，需要注意到精馏塔仅仅是生产过程中的一个工序，尤其是在装置之后的分离过程中，精馏过程一个接一个，上一精馏过程的输出就是下一精馏过程的输入，这就表示前一工序对于精馏塔的操作不仅影响到下一工序，而且前一工序产生的产品质量变化情况也会影响到下一工序。因此在设计精馏塔控制具体方案时，以Shinskey提出的3条准则作为理论指导，协调好工序前后之间的关系，从而在深入了解其工艺背景的情况下选择合适的控制方法。

2 乙烯装置精馏塔的基本控制方法

精馏塔控制的最主要目的是满足产品所需质量要求，而反应质量好坏的最直接指标就是成分的物理参数。近几年，由于检测成分物性的仪表快速发展，尤其是乙烯装置烃类分析中红外分析仪的应用越来越多，质量控制已经成为乙烯精馏塔在产品组分控制中的直接指标，保证了乙烯装置产生的最终产品质量，但是目前间接控制还处于主流领域。一方面是因为红外分析仪价格高昂，在所有位置都采用直接控制会加大投资，而且还不能提高装置产品的效益；另一方面是由于间接控制取得的指标和直接控制得到的指标控制效果基本相同。

在实际操作过程中，乙烯装置精馏塔的控制的方法多种多样，对于一些相对而言有效的控制方法，可以通过比较进行合理的选择。在需要精密的精馏过程中，可以考虑采用恰当的温差控制。对于灵敏点温度控制过程中，塔中压力保持稳定是实现精密精馏的一个重要前提条件，因为物料的沸点在压力发生变化的时候也会发生相应的改变。当各组分之间相对挥发度较小时，压力变化对温度产生的影响大于组分变化对其产生的影响。如果此时采用温差来进行控制，两个测温点之间的温差会在压力变化发生方向上产生的一致变化，最后导致温差变化范围很小，对于压力波动造成的影响可以几乎忽略不计。在实际操作工程中，相对较小挥发度的乙烯-乙烷和丙烯-丙烷精馏可以考虑采用温差控制的方法对精馏操作进行控制。或者可以考虑采取对灵敏点的温度进行压力补偿，通过这种方法，可以把压力变化导致的物料沸点变化和灵敏点位置的移动造成的影响大大减弱甚至可以消除。总之，对精馏塔进行的操作都是建立在许多分馏操作的基础上实现的，分馏可以使进入精馏塔中物料的纯度提高，进而决定了对精馏塔的控制主要是以平衡控制能量为主。

3 结束语

介绍了精馏塔的基本控制理论基础以及现阶段对乙烯装置精馏塔进行控制的主要方法，并结某实例讲述了乙烯装置控制方法的具体应用，对精馏塔控制过程中做了一些说明和总结。在实施过程中，人工经验的调节已经到了本身控制时达到的最好效果，并且预测理论控制在工业化应用过程中也在不断改进。未来对乙烯装置精馏塔进行控制的主要方法应该是先进控制和人工经验调节之间相互结合，最终目的是实现两种方法之间最优化的统一。

[1] 黄永杰.精馏塔自动控制系统设计与应用[J].化工技术与开发，2012，41（1）：52-54.

Control Analysis of Distillation Column in Ethylene Plant

Ren Yan-xiang，Yin Xin

In this paper，the control of the distillation column is discussed theoretically.The control of the distillation column of the ethylene plant is systematically analyzed and summarized.The main reason for adopting this control method is described.At the same time，a specif i c ethylene plant distillation column Made a detailed description.

ethylene plant；distillation column；predictive control

TQ221.211；TP273

：B

：1003–6490（2017）04–0098–01

2017–04–02

任燕翔（1987—），女，四川成都人，初级工程师，主要从事乙烯装置精馏工工作。