先进控制系统在常减压装置中的应用

2017-08-29李滨

石油化工自动化 2017年4期

关键词：鼓风机加热炉炉膛

李滨

(沧州渤海石化工程有限公司，河北沧州 061000)

先进控制系统在常减压装置中的应用

李滨

(沧州渤海石化工程有限公司，河北沧州 061000)

某炼化企业常减压装置为提高加热炉的热效率，引入多变量预测控制系统DMCplus，充分利用该控制系统的多变量前馈、解耦能力，降低常减压炉出口温度的波动及烟气含氧体积分数，对被控变量进行控制，达到了稳定生产，降低能耗的目的。

常压炉减压炉 APC控制炉效率

某炼化企业常减压装置以加热炉和精馏塔为主体组成管式蒸馏装置，实现了原油的分解和各种石油馏分的分离[1]。常压炉和减压炉热效率作为该装置节能的主要手段，炉膛负压和烟气氧含量由鼓风机和引风机阀位控制，烟气氧含量和炉膛负压控制偏高，尚有一定的节能空间。另外由于常压炉和减压炉共用空气预热系统、鼓风机和引风机，致使被控变量之间耦合比较严重，多变量特性比较明显，难以实现平稳控制和优化操作。为切实提高炉效率，引入多变量预测控制系统DMCplus。通过该控制系统的实施，实现了常减压炉炉膛负压及烟气氧含量等的自动控制，实现了平稳运行并达到节能降耗的目的。

1 DMCplus控制系统简介

DMCplus控制系统集原DMC公司的核心算法及原SETPOINT公司的界面及数据库技术于一体的新一代控制软件。其主要核心包括预测、优化和动态控制三个阶段[2],DMCplus控制器主要特点如下[3]：

1) 通过稳态优化来实现装置的优化操作，充分利用前馈控制方法，快速克服扰动。

2) 能够精确实现被控变量等级划分。

3) 利用FIR方法进行辨识。

4) 对积分变量和非连续变量有特殊的处理措施。

5) 具有专用的、自动的阶跃测试工具。

6) 可通过参数设置限制操纵变量的调节幅度，确保控制的平稳性和鲁棒性。

7) 有机地利用线性化模块解决非线性问题。

2 原控制系统存在问题及控制目标

通过对常减压装置进行工艺调研和基础控制状况检查，发现存在如下问题：

1) 常减压炉出口温度控制。炉膛温度采用温度与瓦斯流量串级控制，但在出口温度设定不变的情况下，由于常压炉入口原油流量的波动，引起出口温度波动，控制品质差。

2) 加热炉炉膛负压由操作人员根据加热炉氧含量和火焰燃烧情况实时调节加热炉烟道挡板开度；加热炉烟气氧含量根据加热炉炉膛负压及火焰燃烧情况，调节烟道挡板和加热炉供风蝶阀，控制精度偏低，操作人员工作强度较大。

3) 烟气氧分析仪的可靠性差。烟气氧分析仪工作在高温有腐蚀性介质冲刷的环境中，经常会失效。手动控制时,烟气氧含量只是参考值；自动控制时，需要判断其提供的数据是否真实。

由上述可知，常减压炉是一个多控制手段、多控制目标、多干扰因素的大滞后耦合对象，其出口温度受到常减压炉进料量、瓦斯流量等多方面影响，当进料量及瓦斯流量波动时，要求瓦斯调节也同步调整。因此，引入多变量预测控制系统，能够克服干扰，实现常减压出口温度的稳定控制；通过协调调节空气预热系统中鼓风机转速阀位、引风机转速阀位、常压炉鼓风机挡板开度、减压炉鼓风机挡板开度来控制常减压炉的炉膛负压和烟气氧含量，提高常减压炉热效率。

3 系统建模过程及要求

该先进控制系统采用多变量预测协调控制和常规PID控制相结合的二级控制体系结构。DMCplus的常规建模过程是：首先进行装置测试，按照预先确定的幅度、时间变化维持时间逐个对控制器设计中的操作变量进行阶跃测试，同时利用数据采集工具收集所有相关的变量数据；然后将这些资料调入DMCplus模型辨识软件进行数据分析、筛选，最后辨识出所需要的模型[2]。具体建模流程如图1所示。