模糊控制在原油穩定加熱爐中的節能應用

張丹迪 （大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

模糊控制在原油穩定加熱爐中的節能應用

張丹迪 （大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

北Ⅱ-1原油穩定加熱爐進油自動控制方案原采用PID控制方式，以出口溫度為參照調節對應支路入口流量。針對PID控制反應過快，造成加熱爐四路入口油量分配不合理，四路出口溫差較大，易偏燒、結焦及大量消耗燃料氣的問題，研究采用一種在加熱爐出口溫度與支路進油間的模糊控制技術，建立以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論，實時對比判斷四路管線溫差，調整進油量。模糊控制技術應用后可保證油量合理分配，四路溫差控制在要求范圍內，避免偏燒、結焦現象，且降低加熱爐自耗氣的消耗量，達到了節能降耗的目的。

原油穩定加熱爐；模糊控制；數據庫；基礎值；能耗

引言

北Ⅱ-1原油穩定加熱爐進油自動控制方案原采用PID控制方式，以出口溫度為參照調節入口流量。當油量波動時，PID控制反應過快，造成加熱爐四路入口油量不能合理分配，導致四路出口溫差較大，易造成偏燒、結焦現象。

原控制方式不能有效地將四支路作為一個整體統一控制，且PID控制不能解決以出口溫度為參數調節入口流量帶來的溫度滯后現象[1]。研究后希望采用一種可以實時比較四支路出口溫度差值的控制方式，通過動態調節支路進油達到出口溫度動態平衡。

選定模糊控制，在傳統的控制領域里，控制系統動態模式的精確與否是影響控制優劣的關鍵，系統動態的信息越詳細，則越能達到精確控制的目的。然而，對于復雜的系統，由于變量太多，且綜合參數非線性，往往難以正確地描述系統的動態；因此，采用此技術的出發點是人工控制經驗或相關專家知識的模糊控制方式，模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統的適應能力，使之具有一定的智能水平[2]。

1 實現模糊控制

1）研究加熱爐出口溫度模糊控制思想，建立以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論。

2）建立模糊數據庫，摸索溫度差值、時間差值和閥門開度的基礎值。

3）確定模糊控制方案，編制基本邏輯框圖。

4）編寫ME控制程序，確定基本變量和輔助變量。

5）現場調試。

1.2實現過程

加熱爐四路進口流量調節以四路出口管線溫度為依據，實時判斷四路出口中溫度最高的支路與溫度最低的支路的溫度差。當實際溫差超過設定溫差時，溫度最高的支路調節閥自動以設定幅度增加開度；當閥門開度超過80%時，調節溫度最低的支路調節閥，閥門以設定幅度自動減小開度；當最大與最小溫差在設定范圍時，調節閥開度保持恒定不變。閥門可調開度為20%～80%，四路出口溫度實時動態比較，四路入口油量動態平衡，最終達到四路出口溫差控制在要求范圍內，有效避免偏燒、結焦現象。

建立模糊數據庫，摸索溫度差值、時間差值和閥門開度的基礎值。控制界面中可以設置為手動或自動。設置為手動時，調節閥的開度可通過操作人員手動控制；設置為自動時，需設定界面中的溫差設置、幅度設置和時間設置。

比較是為了取他人之長改自身之不足，選取美國教科書進行比較研究，是期望取其精華之處，推動中國教科書的改革進步．但這并不代表要盲目效仿美國教科書，美國學者所寫的中美數學教科書比較的論文中也在尋找其自身的不足，虛心向中國教科書學習．如美國學者Lo Jane-Jane指出中國教科書“比率和比例”（ratio and proportion）[17]部分的例習題，較復雜的題目要多于美國教科書，并提倡向中國學習．對此，中國數學教科書的編寫應找到基礎與創新、理論與實際生活的平衡點，保持中國學生“基礎扎實”的長處的同時努力提升不足之處．

溫差設置：當四路出口中溫度最高的支路與溫度最低的支路溫差超過此設定值時，開始進行自動調節（經摸索逐步建立溫差數據庫，目前設定為2℃）。

幅度設置：調節回路每進行一次輸出時，調節閥開、關變化的幅度（經摸索逐步建立幅度數據庫，目前設定為2）。

時間設置：確定調節回路每進行一次輸出的時間周期（經摸索逐步建立時間數據庫，目前設定為20 s）。

1.3上位界面

在調節界面中可以設置手動和自動，當設置為手動時調節閥的開度可以通過人工手動控制；當設置為自動時，界面中的溫差設置、幅度設置和時間設置可以根據實際情況進行設置。

1.4邏輯圖（圖1）

2 關鍵技術

2.1模糊控制建立模型

北Ⅱ-1原油穩定加熱爐支路進油控制方式原是以出口溫度為參照控制入口流量，存在溫度滯后造成出口溫差過大，PID控制方式無法解決此問題。傳統的控制理論對于明確系統有較強的控制能力，但對過于復雜或難以精確描述的系統，則顯得無能為力。采用模糊控制方式，使四條支路同時參與同一動態調節，按照模糊控制中定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化五步驟[3]，利用有效的知識庫和模糊判斷，加以大量的人工操作經驗得到的時間周期、溫度差值、調節幅度的變量數據庫，建立了適合北Ⅱ-1原油穩定加熱爐支路進油的模糊控制方案。

圖1 模糊控制邏輯圖

2.2DCS程序編制

在北Ⅱ-1原油穩定加熱爐ME控制系統中編制上位、下位加熱爐防偏燒控制程序。下位軟件PAC Control Professional中，原溫度模擬量輸入點及調節閥開度數字量輸出點可不變，增加判斷框中的相應變量，設定時間周期、溫度差值、調節幅度變量點，編制邏輯框圖。上位軟件 PAC Display Professional中，繪制調節界面，設定 TV106a、TV106b、TV106c、TV106d輸出值上下限。

2.3模糊數據庫中關鍵值摸索

根據加熱爐設備參數、運行參數以及模擬計算[4]，且反復調節試驗，最終摸索出適合北Ⅱ-1原油穩定加熱爐支路進油的模糊數據庫：溫差設置按照工藝要求，可設定為1～2℃，1℃時調節閥動作更為頻繁，不利于調節閥長期運行，2℃更為理想；幅度設置過程中，利用控制方案中的手動賦值，摸索幅度值在1～10之間時溫度控制效果，目前設定為2，較為理想；時間設置參考其他成功案例，目前設定為20 s。

3 模糊控制節能應用效果

模糊控制應用后，四路進油量、四路出口溫度共同實時參與每一次控制判斷，通過更加完善的控制理論精心操控原油四路入口油量，四路出口溫差控制在要求范圍內（設定為2℃），有效避免了偏燒、結焦現象，且降低加熱爐自耗氣的消耗量，達到了節能降耗的目的。

此項技術實施前，加熱爐效率由年初的87%降至年末的85%，實施后加熱爐效率穩定不變，加熱爐每年可縮短檢修期6～7 d，年節省維護費用1.65萬元，年節省燃料氣16.96×104m3。

4 結論

經過實施可驗證：模糊控制方式較之前PID控制方案更加適合加熱爐四支路進油的出口溫度控制；可利用OPTO22控制系統上、下位軟件實現模糊控制；以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論可克服因溫度滯后帶來的控制不穩等問題；人工操作經驗、加熱爐相關數據及成功案例[5]可幫助建立關于溫度差值、調節幅度與時間設置的數據庫。

該成功經驗可在其他原油穩定裝置上應用，解決因溫度滯后帶來的加熱爐進油控制不穩情況。

[1]齊京禮,邊永青,鄭偉平,等.基于自適應模糊PID控制器的溫度控制系統[J].微計算機信息,2008,24（9）：74.

[2]孟慶祝，孟維明．模糊控制技術發展現狀及研究熱點[J]. Extention廣角，2005（4）：70-72.

[3]陳世權，吳今培，肖建華．模糊控制的若干問題[J].五邑大學學報，1999，13（3）：36-38.

[4]高桂革．模糊控制理論及其應用的發展[J].上海機電學院學報，2005，8（5）：64-68.

[5]崔濤，趙莉.模糊控制理論和應用的發展概況[J].自動化儀表，2002，23（7）：2-3.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.012

2016-05-05

（編輯 李發榮）

張丹迪，工程師，2008年畢業于英國布魯內爾大學（數據通訊專業）,從事油氣初加工工藝管理工作，E-mail:tzhangdd@petrochina. com.cn，地址:黑龍江省大慶油田有限責任公司天然氣分公司工程技術大隊,163457。