应用先进控制技术提高芳烃抽提装置操作平稳性

【摘 要】芳烃抽提技术经过60余年发展，已比较成熟。由于芳烃抽提要害部位运行中具有较大的危险性，因此需要应用先进控制系列软件进行控制，达到提高装置运行的操作平衡性和安全性。

【关键词】先进控制技术;芳烃;抽提装置;操作平稳性;安全性

模型预测控制（MPC）是目前得到广泛应用的先进控制策略之一，它遵循预测模型、滚动优化、反馈校正等三大原理，适应复杂工业过程控制的要求。由于具有对模型精度要求不高、较强的稳定性和鲁棒性等特点，在工业过程中得到了广泛的应用。

环丁砜溶剂溶解能力强、选择性好、分离容易、溶剂消耗少、无毒价廉，并能从芳烃原料中经济、高回收率地获取高纯度芳烃，现已被广泛采用。但是，由于芳烃抽提生产过程存在着较大的干扰因素：同时，上下游装置之间耦合性强、相互干扰大，使得常规PID控制难以达到满意的控制效果。针对芳烃抽提生产过程存在的控制难点，应用先进控制系列软件APC-Suite建立芳烃抽提生产过程的先进控制系统，以提高生产过程的操作稳定性和安全性。

1.装置要害部位危险性分析

芳烃抽提装置以加氢裂解汽油和重整生成油作为原料，以环丁砜为溶剂，通过萃取抽提、溶剂回收、精馏等化工单元的操作，生产出纯苯产品，苯塔塔底物（主要为甲苯）、加氢汽油抽余油和重整抽余油。原料及产品都属于易燃易爆物质，与空气接触能形成爆炸性混合气体，苯和甲苯还会对人体造成毒害，装置内的空冷器和泵产生的噪声也同样对人体造成危害。

（1）加氢裂解汽油属易燃易爆物质，闪点小于28℃，属甲类火灾危险性物质。爆炸危险场所属于Ⅱ区域，汽油蒸气和空气形成爆炸性混合气体，其爆炸极限下限极低，仅为1%（V）左右，因此发生火灾、爆炸的危险性很大，即使有稀薄汽油蒸气存在也是很危险的，有沿地面扩散到远处遇火花引起着火的可能。同时汽油也是非导电性物质，它的液滴滴落或发生相对运动，极容易产生静电而冒火花而引起着火。

（2）苯和甲苯，它们都是易燃易爆物质，它们的蒸气和空气能形成爆炸性的混合气体，闪点也小于28℃，属甲类火灾危险性物质。因此发生火灾危险性很大，按照《职业性接触毒物危害程度分级》，苯是极度危害化学品，高浓度苯对中枢神经系统有麻醉作用，在短时间内大量吸入苯蒸气，可因呼吸中枢麻痹而死亡。长时期接触会发生慢性中毒影响造血功能，国际癌症研究中心已确认为致癌物。甲苯毒性虽然没有苯的毒性高，但长时间吸入，会影响人体的肝、肾功能。如果发生苯与甲苯泄漏或跑料事故，遇明火将发生燃烧和爆炸事故。

（3）苯装置腐蚀现象严重，环丁砜溶剂本身是一种化学稳定性较好的极性有机物（在低于220℃的情况下），但当温度高于220℃时，就会发生缓分解，而生成二氧化硫和不饱和烃，接触空气时，分解速度加快，因此在系统中，由于升温后分解和氧化分解，遇水后生成苯磺酸类，对设备造成严重的腐蚀，特别在溶剂回收塔、汽提塔和溶剂再生系统的管线设备。

2.芳烃抽提工艺流程

芳烃抽提生产过程是以环丁砜为溶剂，通过溶剂抽提和抽提蒸馏相结合的方法，分离成芳烃和非芳烃。芳烃抽提生产过程工艺流程主要由溶剂、油、水三大循环所构成。

原料和第三溶剂从抽提塔T-101中下部进入，贫溶剂从抽提塔上部进入。在抽提塔内，原料与溶剂逆流接触，进行液液抽提，形成组成不同的轻重两相，大部分的非芳烃作为抽余相由塔顶导出，溶解在溶剂中的芳烃和少量非芳烃作为抽取相由塔底抽出。为了提高抽提油纯度，在抽提塔下部，设置了一返洗管线，返洗液来自汽提塔T-103顶部。

抽提塔T-101抽余相自塔顶导出，进入抽余液水洗塔T-102。在抽余液水洗塔内，洗涤水和抽余相逆流接触，抽余油自塔顶导出，塔底部水则进入水汽提塔T-104。抽提塔T-101抽取相也称富溶剂自塔底进入汽提塔T-103上部。在汽提塔中经抽提蒸馏后，塔顶采出一部分作为返洗液返回抽提塔，另一部分送往水汽提塔T-104;塔底物送往回收塔T-105。在溶剂回收塔T-105中完成溶剂和芳烃的分离，溶剂供循环使用，芳烃自塔顶导出。

3.控制原理及软件结构、功能

3.1预测控制原理

预测控制算法具有相同的三大本質特征：预测模型、滚动优化和反馈校正。各种预测控制算法具有类似的计算步骤：在当前时刻，基于过程的动态模型预测未来一定时域内每个采样周期（或按一定间隔）的过程输出，这些输出为当前时刻和未来一定时域内控制量的函数。按照基于反馈校正的某个优化目标函数计算当前及未来一定时域的控制量大小。一般在优化目标函数中都考虑使未来输出以一参考轨迹最优地去跟踪期望设定值。计算出当前控制量后输出给过程实施控制。根据新测量数据重新按上述步骤计算控制量。从预测控制的基本原理可以看出，预测控制是不断滚动的局部优化。

（1）预测模型。预测模型的功能是根据被控对象的历史信息和未来输入，预测系统未来响应。预测模型形式可以是参数模型或非参数模型如脉;中响应和阶跃响应。

（2）滚动优化。控制目的是通过某一性能指标的最优确定未来的控制作用。优化过程随时间推移在线优化，反复进行，每一步实现的是静态优化，全局看却是动态优化。

（3）反馈校正。每到一个新的采样时刻，都要通过实际测到的输出信息对基于模型的预测输出进行修正，然后再进行新的优化。不断根据系统的实际输出对预测输出值作出修正，使滚动优化不但基于模型，而且利用了反馈信息，构成闭环优化。

3.2先进控制系列软件APC-Suite

（1）控制结构。APC-Suite先进控制系列软件，它包括：先进控制平台ESP-iSYS-A、高级多变量鲁棒预测控制软件APC-Adcon、工艺计算与智能软测量软件APC-sensot和预测函数控制软件APC-PFC组成。APC-Suite能支撑所有国内在使用的主流DCS系统，如：中控的SUPCON JX-300X系统。Honeywell公司的PKS系统、横河公司的CENTUM CS系列DCS系统。

（2）软件功能。先进控制系列软件APC-Suite充分考虑了实际控制系统中的各种要求，保证了系统性能和控制器的鲁棒性。灵活的约束控制可在满足工艺要求的情况下，同时较好的提高装置产能;局部优化装置控制手段，有效提高产品质量;在满足装置工艺指标和装置控制回路指标上下限约束的前提下，有效的利用对控制回路的调节，使工艺指标按照装置测试得到的模型算法及制定的闭环性能达到预期的性能指标;

通过触发“先进控制平台ESP-iSYS-A”提供的虚位号脚本的方法提供强大的自定义控制功能，用户可以通过该功能对预测控制器进行扩充，从而提供更强大的灵活性和运算能力。

4.先进控制软件应用效果

芳烃抽提生产过程先进控制系统针对芳烃抽提生产过程的工艺特点和具体情况，综合考虑了各塔的内部特性及其相互间的关联性，并结合工艺工程师、操作人员长期的生产经验及先进控制的实施经验和先进控制软件的特点，分别建立抽提塔。汽提塔和回收塔三个控制器，实现对芳烃抽提单元生产过程的平稳控制，提高自动化控制水平，降低劳动强度。

先进控制系统应用到芳烃抽提生产过程中后，生产操作平稳性有了显著的提高，大大减轻了操作人员的操作强度。各个关键工艺控制变量在先进控制投运前波动较大，控制效果并不理想;先进控制系统投运后，能够有效的克服扰动，控制系统的控制质量明显提高，大大改善了芳烃抽提生产过程的操作平稳性和安全性，从而有效地提高了芳烃的收率和降低了溶剂的消耗。

【参考文献】

【1】柴军辉等.某芳烃抽提装置水汽提塔重沸器检验缺陷分析与处理《石油和化工设备》2015年第7期84-87.

作者简介：张丽霞（1981—），女，溶剂油装置操作高级工。