轻烃分馏装置操作优化方案

2021-01-07杜春龙

化工设计通讯 2021年5期

杜春龙

（大庆油田化工有限公司轻烃分馏分公司，黑龙江大庆 163411）

1 轻烃分馏控制的现状

当前，很多轻烃分馏装置仍然在使用以单一回路、单一变量的核心控制为基础的DCS控制系统，但是其作用比较有限，只能替代传统的仪表；与此同时，因为DCS控制局限性、原料精馏过程、应用工艺以及自身条件等，使得轻烃分馏装置的操作很难实现稳定性。当前轻烃分馏控制表现特征主要分为4个方面：①有很多因素都会对轻烃分馏过程产生影响，尤其是能量和物料等方面，影响是很频繁而且十分明显的，比如物料成分会产生变化、物料进入量的变化、塔顶和塔底的温度变化以及环境条件的改变等。在这些因素中，塔顶与塔底温度变化以及物料组成变化等对精馏过程是否运行平稳的影响是最突出的；②据统计，目前进行应用的精馏塔，本身就具有强耦合性、非线性以及多变量性等特征，所以如果仅是控制单变量，是很难满足实际需求的，不仅有很大差别，还存在很多棘手的困难；③当前应用最为广泛的轻烃分馏装置工艺过程是同一种多精馏塔进行串联运行，这就显现出各精馏塔间具有上下游工艺关系，下游的精馏塔工艺生产会被上游的精馏塔状态与工况所影响；④目前DCS系统还没有实现自动化，需要人工进行部分操作，这就加大了人力的投入和人力工作量，由于人为操作会受到时间和习惯等因素的影响，这就使得生产过程出现不一致性。

2 轻烃预分馏自动控制的优化

先进控制系统的硬件接口：当前已经研发出先进控制的轻烃分馏装置，但是仍然需要以DCS为基础，Foxbox的产品VAs是常用的控制系统，它能够兼容先进控制系统，主要运行在控制系统上位机中，实现的Opcserver通讯效率非常高，在进行双向数据交换过程中，主要借助HUB完成，提高了自动控制过程数据传输的稳定性、安全性以及传输效率，并且开放性良好。除此之外，先进控制器和监督控制也运行在控制系统上位机中，为了实现对各环节和装置的先进控制，需要将Apc-Adcon软件安装在上位机中，这些装置分别包括液化气分馏塔、脱正己烷塔、脱己烷塔、脱丁烷塔，脱戊烷塔等。

3 轻烃分馏装置先进控制的具体方案

轻烃分馏装置的精馏塔之间关系非常密切，可以称其为是上下串联的关系，所以要将相关装置当做一个整体实施控制，与此同时，为了令控制精确性有所保障，在各个精馏塔中需要制定子控制系统，此外为了完成每个精馏塔的模型辨识，要发挥模型识别系统的作用，以便测得精馏塔的一系列参数，这些参数包括塔釜温度、塔顶温度回流量、塔釜再沸器的蒸汽流量等，精馏塔中的相关参数和这四方面的变量脱离不了干系，会深受其影响。所以有必要建立数学模型，在构建预测控制内部模型时，要参照数学模型才能保证准确性。这就要求在选择不同类型变量的约束、适当的参数轨迹以及具体的控制结构时，要严谨遵循工艺的真实情况，这样才能获取预测控制器。先进控制器存在的原因之一是考虑每个精馏塔的变量约束以及目标，并且要认真地设定变量的数值，先进控制器的方案要随着精馏塔的变化而改变：

1）在脱丁烷塔的先进控制方案。要采取手段对不同变量数值范围进行控制，若变量再沸器返塔、塔顶、塔底、进料预热温度处于合理的下限、上限值范围，则相关的先进控制器要想维持塔顶温度，为了使回流量驻留值不被更改，先进控制器要运用再沸器蒸汽阀位、预热蒸汽阀位的作用。当预热、再沸器蒸汽阀位处于合理的下限、上限值范围，然而塔顶温度不能继续维持下去时，要调节回流量，其目的在于使塔顶温度维持不变。当塔顶温度＜设定数值，但是再沸器温度＞上限数值时，脱丁烷塔的先进控制器应先计算有关模型，与此同时，还要采取一系列措施，以便保证返塔温度，比如通过降低预热、再沸器蒸汽阀位或者降低回流量等措施，与此同时，要寻求有效措施，将塔顶温度控制在相应范围，然而塔顶、返塔温度却还是无法达到预定目标值，则回流量值应借助先进控制器调节到最小，但是当下限数值＞再沸器返塔温度时，设定数值＜塔顶温度变量值，脱丁烷塔的先进控制器应先计算有关模型，此时，还需要将回流量与预热、再沸器蒸汽阀位值提高，使再沸器返塔温度得到有效的控制，能够和目标值相统一。除此之外，塔顶温度也要获得相应的保障，比如再沸器塔顶温度和返塔温度离目标值相差甚远时，可以通过先进控制器将回流量调节到最大值。

2）在脱戊烷塔的先进控制方案中，要采取手段对不同变量数值范围进行控制，若变量再沸器返塔、塔顶、塔底温度，处于合理的下限、上限值范围，则相关的先进控制器要想维持塔顶温度，为了使回流量驻留值不被更改，先进控制器要运用再沸器蒸汽阀位的作用。当再沸器蒸汽阀位处于合理的下限、上限值范围，然而塔顶温度不能继续维持下去时，要调节回流量，其目的在于使塔顶温度维持不变。当返塔温度＞上限数值，但是塔顶温度没有到达设定数值时，脱戊烷塔的先进控制器应先计算有关模型，与此同时，还要采取一系列措施，以便保证返塔温度，比如通过降低再沸器蒸汽阀位或者降低回流量等措施，与此同时，要寻求有效措施，将塔顶温度控制在相应范围，然而塔顶、返塔温度却还是无法达到预定目标值，则回流量值应借助先进控制器调节到最小，但是当设定数值＜塔顶温度时，下限数值＞返塔温度变量值，脱戊烷塔的先进控制器应先计算有关模型，此时，还需要将回流量与再沸器蒸汽阀位值提高，使得再沸器返塔温度可以被有效控制，能够和目标值相统一。除此之外，塔顶温度也要获得相应的保障，比如再沸器塔顶温度和返塔温度离目标值相差甚远时，可以通过先进控制器将回流量调节到最大值。

3）在脱乙烷塔的先进控制方案中，要采取手段对不同变量数值范围进行控制，若变量再沸器返塔、塔顶、塔底温度，处于合理的下限、上限值范围，则相关的先进控制器要想维持塔顶温度，为了使回流量驻留值不被更改，先进控制器要运用再沸器蒸汽阀位的作用。当再沸器蒸汽阀位处于合理的下限、上限值范围，然而塔顶温度不能继续维持下去时，要调节回流量，其目的在于使塔顶温度维持不变。当返塔温度大于上限数值，但是塔底温度没有到达设定数值时，脱己烷塔的先进控制器应先计算有关模型，与此同时，还要采取一系列措施，以便保证返塔温度，比如通过降低再沸器蒸汽阀位或者降低回流量等措施，与此同时，要寻求有效措施，将塔顶温度控制在相应范围，然而塔顶、返塔温度却还是无法达到预定目标值，则回流量值应借助先进控制器调节到最小，但是当设定数值＜塔顶温度时，下限数值＞返塔温度变量值，脱己烷塔的先进控制器应先计算有关模型，此时，还需要将回流量与再沸器蒸汽阀位值提高，使再沸器返塔温度得到有效的控制，能够和目标值相统一。除此之外，塔顶温度也要获得相应的保障，比如再沸器塔顶温度和返塔温度离目标值相差甚远时，这时可以通过先进控制器将回流量调节到最大值。

4）在脱正己烷塔的先进控制方案中，要采取手段对不同变量数值范围进行控制，若变量再沸器返塔、塔顶、塔底温度处于合理的下限、上限值范围，则相关的先进控制器要想维持塔顶温度，为了使回流量驻留值不被更改，先进控制器要运用再沸器蒸汽阀位的作用。当再沸器蒸汽阀位处于合理的下限、上限值范围，然而塔顶温度不能继续维持下去时，要调节回流量，其目的在于使塔顶温度维持不变。当塔顶温度＜设定数值，但是塔底温度＞上限数值时，脱正己烷塔的先进控制器应先计算有关模型，与此同时，还要采取一系列措施，以便保证返塔温度，比如通过降低再沸器蒸汽阀位或者降低回流量等措施，与此同时，要寻求有效措施，将塔顶温度控制在相应范围，然而塔顶、返塔温度却还是无法达到预定目标值，则回流量值应借助先进控制器调节到最小，但是当设定数值＜塔顶温度时，下限数值＞返塔温度变量值，脱正己烷塔的先进控制器应先计算有关模型，此时，还需要将回流量与再沸器蒸汽阀位值提高上去，使再沸器返塔温度得到有效的控制，能够和目标值相统一。除此之外，塔顶温度也要获得相应的保障，比如再沸器塔顶温度和返塔温度离目标值相差甚远时，可以通过先进控制器将回流量调节到最大值。

5）在液化气分馏塔的先进控制方案中，要采取手段对不同变量数值范围进行控制，若变量再沸器返塔、塔顶、塔底温度，处于合理的下限、上限值范围，则相关的先进控制器要想维持塔顶温度，为了使回流量驻留值不被更改，先进控制器要运用再沸器蒸汽阀位的作用。当再沸器蒸汽阀位处于合理的下限、上限值范围，然而塔顶温度不能继续维持下去时，要调节回流量，其目的在于使塔顶温度维持不变。当返塔温度＞上限数值，但是塔底温度没有到达设定数值时，液化气分馏塔的先进控制器应先计算有关模型，与此同时，还要采取一系列措施，以便保证返塔温度，比如通过降低再沸器蒸汽阀位或者降低回流量等措施，与此同时，要寻求有效措施，将塔顶温度控制在相应范围，然而塔顶、返塔温度却还是无法达到预定目标值，则回流量值应借助先进控制器调节到最小，但是当设定数值＜塔顶温度时，下限数值＞返塔温度变量值，液化气分馏塔的先进控制器应先计算有关模型，此时，还需要将回流量与再沸器蒸汽阀位值提高，使再沸器返塔温度得到有效的控制，能够和目标值相统一。除此之外，塔顶温度也要获得相应的保障，比如再沸器塔顶温度和返塔温度离目标值相差甚远时，可以通过先进控制器将回流量调节到最大值。