甲醇精餾裝置自動控制研究與應用

樊安靜 荊樹偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉453731)

甲醇精餾裝置自動控制研究與應用

樊安靜 荊樹偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉453731)

在石化行業，精餾裝置多數采用具有模型預測功能的自動控制方案作為操作手段，利用卡邊原理對裝置各項工藝指標進行控制與優化。而在以化肥生產為主的企業中，對于模型預測控制的應用比較少見。某公司100kt/a甲醇精餾裝置為合成氨尿素生產系統余熱利用崗位，產品為含甲醇質量分數99.99%的精甲醇，為合理控制甲醇精餾裝置的主要操作指標、降低蒸汽消耗、減少操作人員工作量及提高自動化控制水平，對甲醇精餾裝置進行了自動控制化實施與應用。

1 研發內容

(1)現場自動化系統的優化。利用現場已有的自控閥門，并結合自動控制所需的現場儀表條件，現場新增加壓精餾塔和常壓精餾塔的進料流量顯示、中壓蒸汽和低壓蒸汽壓力遠傳信號顯示，便于模型控制器中對關鍵變量的控制。

(2)室內微機系統的優化。在室內微機上安裝模型預測控制軟件及通訊軟件，并在系統組態中對模型需要控制的被控變量以及操作變量進行中間位號增添，增添相應的邏輯關系，對系統組態進行優化。

(3)優化控制器的實現。建立各塔及附屬設備的動態預測模型，建立加壓精餾塔、常壓精餾塔的采出精甲醇水分含量質量軟儀表。在模型預測控制器中通過采集的數據進行模型建立，完成多變量控制器的開發與投運。

2 研發過程及應用

2.1 現場工藝狀況分析

通過現場工藝數據分析，對加壓精餾塔塔底及常壓精餾塔溫度的波動情況進行統計，確定其為關鍵被控變量。裝置蒸汽來源主要為中、低壓蒸汽，為最大限度節約蒸汽，添加兩路蒸汽的流量與壓力測量，在此處做一個多變量的緩沖罐壓力控制，使用兩路蒸汽的壓力為干擾變量、兩路蒸汽的開度閥為控制變量，減少管路蒸汽壓力波動帶來的干擾，穩定后塔蒸汽的使用壓力，防止各塔關鍵溫度出現過大波動。

將控制器分為兩大控制器，預精餾塔子模型控制器與加壓精餾塔、常壓精餾塔子模型控制器，并對兩大控制器進行技術整合，整合為一個大的整體控制器，從而用于各塔關鍵變量的控制。增加自動控制系統投運率統計模塊，直觀反映自動控制系統在線投運率，便于效益測量統計。

2.2 現場具體改造實施

(1)現場蒸汽管線增加壓力變送器及流量計，便于控制系統的有效控制。

(2)加壓精餾塔和常壓精餾塔進料加裝流量計，對入塔流量進行控制。

(3)在室內微機系統中安裝模型控制軟件MPC、通訊軟件OPCServer。

(4)進行階躍測試，采集各變量關系，并建立各控制器模型。

(5)模型辨識，確定各變量權重關系，辨識模型，以確定模型。

(6)模型技術整合為一個大控制器模型。

(7)模型投運與優化。模型初步投運效果良好，但在系統加減量操作過程中，不能有效控制，通過模型預測軟件內部優化控制模塊解決了此問題，最終可形成DCS控制界面。

3 應用效果

在近6個月的模型投運與優化后，于2014年3月9日至29日對自動控制系統進行了各項指標考核，其中3月9日至19日為手動控制運行階段、3月19日至29日為自動控制運行階段。手動、自動控制下蒸汽消耗對比見表1。

表1 手動、自動控制下蒸汽消耗對比

由表1可知，手動、自動控制下平均噸甲醇蒸汽消耗分別為0.754345t和0.724138t，則自動控制運行時比手動控制運行節約蒸汽4%。

4 結語

(1)通過實施甲醇精餾裝置自動控制，可大大減輕操作人員的勞動強度，操作人員能將更多的精力投入到現場設備的巡檢中，以提高設備的完好性。

(2)各指標平穩率得到提高，可有效降低工藝參數波動，提高甲醇精餾裝置整體運行平穩率。

(3)根據當前的生產負荷，自動控制投運情況下蒸汽消耗量降低4%，年經濟效益50萬元左右。

(4)目前，自動控制系統在甲醇精餾裝置中運行情況良好，噸甲醇蒸汽消耗大幅降低。但在產品質量控制方面，未采用先進的在線測量手段，需人工分析數據后反饋給閉環系統，對于產品質量的控制還有待進一步提高。建議采用自動控制時，應盡量考慮使用在線測量反饋，從而快速有效指導自動控制系統的運行。

2014-08-05)