250萬t/年常減壓蒸餾裝置常壓塔先進(jìn)控制設(shè)計(jì)

張 鵬，楊麗燕

甘肅省酒泉市玉門礦區(qū)玉門煉油廠，甘肅 酒泉 735200

1 概述

玉門油田分公司煉油化工總廠“250萬t/年常減壓蒸餾裝置先進(jìn)控制”項(xiàng)目是由玉門油田分公司煉油化工總廠組織實(shí)施的中國石油天然氣股份公司科研與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目。該項(xiàng)目計(jì)劃在250萬噸/年常減壓蒸餾裝置實(shí)施先進(jìn)過程控制（APC）的應(yīng)用，力爭通過該項(xiàng)目的實(shí)施，提高裝置產(chǎn)品質(zhì)量控制水平、優(yōu)化生產(chǎn)、降低能耗，提高玉門油田分公司煉油化工總廠自控水平。玉門油田分公司煉油化工總廠選用Honeywell公司RMPCT先進(jìn)控制技術(shù)、石油大學(xué)模型和工藝計(jì)算軟測量技術(shù)，由石油大學(xué)（北京）自動化研究所進(jìn)行工程實(shí)施及技術(shù)服務(wù)。現(xiàn)以常壓塔部分的先進(jìn)控制設(shè)計(jì)為例，簡述先進(jìn)控制的設(shè)計(jì)。

2 總體控制目標(biāo)

1）提高裝置運(yùn)行平穩(wěn)率，穩(wěn)定工藝操作，延長設(shè)備壽命，在產(chǎn)品質(zhì)量、裝置能耗、產(chǎn)品收率等因素之間實(shí)現(xiàn)卡邊操作，發(fā)揮裝置最大潛力，提高經(jīng)濟(jì)效益；

2）裝置在處理量波動上有較大彈性，能夠適應(yīng)頻繁的生產(chǎn)方案變化，避免生產(chǎn)波動，盡可能降低勞動強(qiáng)度，保證工藝平穩(wěn)率在98%以上，保證裝置能夠達(dá)到三年一修的目標(biāo)；

3）使用先進(jìn)控制技術(shù)后，能夠更好的解決原油調(diào)和比例（性質(zhì)）的變化對操作平穩(wěn)性和產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)的影響（原油調(diào)和方案：以吐哈原油為主，摻煉玉門、塔指油）；

4）在產(chǎn)品質(zhì)量上可實(shí)現(xiàn)卡邊操作，清晰分割側(cè)線產(chǎn)品，盡可能提高產(chǎn)品收率和柴汽比，裝置總收率提高1%以上；

5）在不影響產(chǎn)品質(zhì)量及收率的情況下，提高裝置熱回收率，使裝置能耗降至10.4（千克標(biāo)油/噸原油）以下；

6）平穩(wěn)加熱爐操作，防止加熱爐進(jìn)料出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，防止?fàn)t管結(jié)焦，降低燃料耗量，提高加熱爐熱效率，保證熱效率在90%以上；

7）能夠適應(yīng)常一線生產(chǎn)航煤、溶劑汽油、-35℃軍柴，以及常二線生產(chǎn)液壓油、不同凝固點(diǎn)柴油等生產(chǎn)方案的變化，并在不同方案下裝置取得最大效益；

8）實(shí)現(xiàn)常壓塔的露點(diǎn)計(jì)算，防止常壓塔的露點(diǎn)腐蝕；

9）使用先進(jìn)控制技術(shù)后，所有控制指標(biāo)達(dá)到工藝控制目標(biāo)的要求；

10）使用先進(jìn)控制技術(shù)后，裝置可增效益400萬元/年以上。

3 常壓塔先進(jìn)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

54層板，4層進(jìn)料，汽提段共4層。常一41層，常二29層，常三19層和21層，常四11層；常頂循環(huán)51層出53層返，常一中37層出39層返，常二中21層出23層返。

3.1 常規(guī)控制

回流罐液位由常頂油流量控制。塔釜液位由常底油流量控制。塔底汽提蒸汽量可測量、可調(diào)節(jié)。頂溫由常頂循流量調(diào)節(jié)，41層氣相溫度由頂回流量控制，二者串級。頂循返塔塔溫度可測量、可調(diào)節(jié)。常一中抽出溫度（37層液相）由抽出的分支兩路流量（可測量）共同控制。常一中返塔溫度可測量、由分支兩路旁路閥位共同控制。常二中流量可測量、可調(diào)節(jié)。常二中返塔溫度可測量、可調(diào)節(jié)。常一線抽出流量和汽提后流量可測量、可調(diào)節(jié)，汽提塔液位由汽提后流量控制。常二線抽出流量和汽提后流量可測量、可調(diào)節(jié)，汽提塔液位由汽提前流量控制。常三線抽出流量和汽提后流量可測量、可調(diào)節(jié)，汽提塔液位由汽提前流量控制。常四線抽出流量和汽提后流量可測量、可調(diào)節(jié)，汽提塔液位由汽提前流量控制。

3.2 先進(jìn)控制

常頂汽油干點(diǎn)指標(biāo)有要求，由頂溫和41層氣相溫度控制，構(gòu)造常頂汽油干點(diǎn)軟測量儀表。常一線有3#航煤、200#溶劑油和-35C輕柴油等多種生產(chǎn)方案，閃點(diǎn)和餾程為質(zhì)量控制指標(biāo)，由常一線抽出量、常一中抽出溫度（37層液相）、常一中抽出和返塔溫度控制。應(yīng)構(gòu)造常一線餾程（如干點(diǎn)）軟儀表。常二線有各種牌號柴油（凝點(diǎn)范圍-20℃～+10℃）、液壓油原料等多種生產(chǎn)方案，密度、閃點(diǎn)和餾程為質(zhì)量控制指標(biāo)，由常二線抽出量、常二中流量與返塔溫度控制。應(yīng)構(gòu)造常二線餾程（如干點(diǎn)）軟儀表。常三線有各種牌號柴油（凝點(diǎn)范圍0℃～+26℃）生產(chǎn)方案，密度、閃點(diǎn)和餾程為質(zhì)量控制指標(biāo)，由常三線抽出量控制。應(yīng)構(gòu)造常三線餾程（如干點(diǎn)）軟儀表。常壓塔先進(jìn)控制初步方案如下：

軟測量儀表有：常二線干點(diǎn)（或90%點(diǎn)）、常二線閃點(diǎn)、常二線凝固點(diǎn)、常三線干點(diǎn)、常三線閃點(diǎn)、常三線凝固點(diǎn)、常四線2%點(diǎn)、常四線95%點(diǎn)、常頂露點(diǎn)。

各軟測量儀表必須有化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。先進(jìn)控制器被控變量可以選擇以上軟測量及其它重要操縱變量。 常壓塔RMPCT控制器APCADCTL由以下9個被控變量、14個操縱變量和12個擾動變量組成，其控制器的具體控制方案為：

被控變量CV：

序號 位號 說明 性質(zhì)CV1 SIC3102.PV 常壓塔頂汽油干點(diǎn) 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：根據(jù)生產(chǎn)方案設(shè)定

CV2 SIC3103.PV 常一線航煤初餾點(diǎn) 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：根據(jù)生產(chǎn)方案設(shè)定CV3 SIC3104.PV 常一線航煤干點(diǎn) 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：根據(jù)生產(chǎn)方案設(shè)定CV4 SIC3107.PV常二線輕柴油初餾點(diǎn)區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡下限CV5 SIC3108.PV常二線輕柴油90%點(diǎn)（或95%點(diǎn)） 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡上限CV6 SIC3111.PV常三線重柴油初餾點(diǎn)區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡下限CV7 SIC3112.PV常三線重柴油90%點(diǎn)（或95%點(diǎn)） 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡上限CV8 SIC3116.PV 常四線蠟油2%點(diǎn) 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡下限CV9 SIC3117.PV 常四線蠟油97%點(diǎn) 區(qū)間控制，優(yōu)化目標(biāo)：卡上限

操縱變量MV：

序號 位號 說明 性質(zhì)MV1 TIC3107.SP 常壓爐出口溫度給定值MV2 FIC3104.SP 頂循回流量給定值MV3 FIC3103.SP 頂冷回流量給定值MV4 FIC3107.SP 一線抽出量給定值 優(yōu)化目標(biāo)；卡上限MV5 FIC3210.SP 二線抽出量給定值 優(yōu)化目標(biāo)；卡上限MV6 FIC3209.SP 三線抽出量給定值 優(yōu)化目標(biāo)，卡上限MV7 FIC3211.SP 四線抽出量給定值MV8 FIC3203.SP 一中回流量給定值MV9 TI3103 頂循環(huán)返塔溫度給定MV10 TIC3104.SP 一中回流返塔溫度給定值MV11 FIC3105.SP 二中回流量給定值MV12 TIC3105.SP 二中回流返塔溫度給定值MV13 FIC3106.SP 常壓塔底蒸汽流量給定值MV14 FIQ3118.PV 常頂汽油出流量

4 常壓塔動態(tài)機(jī)理模型

根據(jù)現(xiàn)場的溫度測點(diǎn)，將常壓塔分成4個塔段。可建立如下的動態(tài)機(jī)理模型：

11.2.1 原始模型

1）第一塔段（頂部一層至常一線以上）

2）第二塔段（常一線至常二線以上）

3）第三塔段（常二線至常三線以上）

4）第四塔段（常三線和常四線、汽化段以上）

5 結(jié)論

玉門煉化總廠的先進(jìn)控制項(xiàng)目在建成后并沒有得到很好的應(yīng)用，國內(nèi)使用的先進(jìn)控制存在一個很大的問題：就是不能適應(yīng)加工原料的變化。中國煉廠與國外油廠最大的不同就是：沒有組分長期基本保持穩(wěn)定的石油供給，很多都是摻煉不同組成的原油，摻煉的比例還時(shí)常變化，這樣就造成了加工工況的改變，而先進(jìn)控制的模型還不能適應(yīng)這種變化。加之一些老煉廠的設(shè)備老化，自動化投用率較低，先進(jìn)控制要在PID控制投用自動的前提下進(jìn)行，那么改善儀表的完好率和自控率就成為了應(yīng)用先進(jìn)控制的首要任務(wù)。

這些不利因素也影響了先進(jìn)控制在國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是把先進(jìn)控制的理論結(jié)合到煉油化工企業(yè)的實(shí)際操作與應(yīng)用中，還存在很多的問題有待于解決。當(dāng)然，先進(jìn)控制軟件本身只是一種工具，要使先進(jìn)控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中發(fā)揮作用，還需要我們工程技術(shù)人員共同努力，需要裝置上有經(jīng)驗(yàn)的工藝工程師和控制工程師及計(jì)算機(jī)人員的密切配合 ，共同開發(fā)，共同維護(hù)，保證辨識模型的準(zhǔn)確性和投控率，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]丁寶蒼,等著.先進(jìn)控制理論[M].電子工業(yè)出版社，2010-08-01.

[2]金曉明.先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)例.工業(yè)控制與企業(yè)信息化技術(shù)叢書[M].化學(xué)工業(yè)出版社.1版，2005-4-12.