先進控制在醇酮裝置中的應(yīng)用

孫兆申 趙志紅

(中國石油遼陽石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

先進控制在醇酮裝置中的應(yīng)用

孫兆申a趙志紅b

(中國石油遼陽石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

某醇酮裝置表盤控制系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制，生產(chǎn)中存在反應(yīng)滯后、參數(shù)波動大等缺點。為此，將北京清大華億科技有限公司設(shè)計的先進控制應(yīng)用于該裝置并進行實際操作，從兩個工段多個參數(shù)進行細致考核，先進控制下的操作波動減小，波動均方差減少都在20%以上，操作平穩(wěn)率顯著提高，同時裝置的環(huán)己烷單耗降低了1.56kg/t。

先進控制 醇酮裝置 環(huán)己烷單耗

隨著先進控制技術(shù)的不斷成熟和完善，目前國外各控制技術(shù)公司如AspenTech、Honeywell及Foxboro等都設(shè)計了各自的先進控制技術(shù)[1]，并且國外的流程工業(yè)也采用先進控制技術(shù)實現(xiàn)了平穩(wěn)生產(chǎn)、節(jié)能降耗、質(zhì)量卡邊、提高產(chǎn)品收率和處理量的目標，獲得了更多的經(jīng)濟效益。國內(nèi)先進控制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用相對較晚，近年來也得到了較快的發(fā)展，已經(jīng)有不少研究者闡述了先進控制在不同化工裝置的應(yīng)用[2～4]。薄迎春等在煉油廠催化裝置上實現(xiàn)了先進控制[5]；周猛飛等探討了先進控制在延遲焦化裝置的應(yīng)用，生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和控制精度得到了明顯的改善[6]；李鑫等研究了先進控制在乙烯裂解爐的應(yīng)用，提高了裝置的平穩(wěn)率，提升了雙烯、碳四等產(chǎn)品的收率[7]；冒永生等對PTA裝置氧化過程實現(xiàn)了優(yōu)化與先進控制，實現(xiàn)了效益最大化[8]；羅斌等應(yīng)用先進控制對廢水厭氧進行了有效處理[9]。

中國石油遼陽石化精己二酸生產(chǎn)線上的中間裝置——醇酮裝置，采用環(huán)己烷無催化氧化法，以環(huán)己烷為原料，經(jīng)貧氧空氣氧化生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮混合物，即醇酮。該醇酮裝置的表盤控制系統(tǒng)采用的是常規(guī)PID控制，生產(chǎn)過程中存在反應(yīng)滯后、參數(shù)波動大等問題。為此，將北京清大華億科技有限公司設(shè)計的先進控制技術(shù)應(yīng)用于該裝置并進行實際操作，以減小操作波動，提高操作平穩(wěn)率，并降低裝置的環(huán)己烷單耗。

中國石油遼陽石化醇酮裝置的先進控制由北京清大華億科技有限公司采用先進控制軟件PACROS VSUPCC作為先進控制實施的基礎(chǔ)平臺，在其基礎(chǔ)上為各生產(chǎn)單元開發(fā)出相應(yīng)的多變量預(yù)估控制器。同時使用PACROS Observer軟測量技術(shù)來實現(xiàn)裝置關(guān)鍵質(zhì)量的控制指標。包括運行平臺、不可測變量在線實時觀測器，變結(jié)構(gòu)通用模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制器、反應(yīng)深度實時優(yōu)化器、模型仿真與驗證、控制系統(tǒng)的離線設(shè)計與組態(tài)、工程師界面及操作員界面等。

該醇酮裝置由100#氧化工段、200#預(yù)濃縮-脫過氧化氫工段、300#蒸餾工段和400#尾氣處理工段組成。針對醇酮裝置的具體情況，先進控制系統(tǒng)(圖1)均設(shè)計了200#與300#兩個控制器，200#控制器主要針對洗滌塔D202，300#控制器主要針對第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302。各先進控制器所需的軟測量參數(shù)由軟測量系統(tǒng)提供。另外，系統(tǒng)還設(shè)計了一些其他功能模塊，來實現(xiàn)特殊要求的功能。

圖1 醇酮裝置先進控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

洗滌塔D202的作用是洗去產(chǎn)物中的酸性物質(zhì)，保證產(chǎn)物中沒有酸；第一脫烷塔D301的作用是分離出醇酮產(chǎn)物中90%的環(huán)己烷，提純目標產(chǎn)物；第二脫烷塔D302是減壓蒸餾塔，作用是分離出醇酮產(chǎn)物中剩余的環(huán)己烷。

2 先進控制投用效果

2.1系統(tǒng)投用率統(tǒng)計

先進控制系統(tǒng)自上線運行并調(diào)整以后，由于運行較平穩(wěn)，加之車間加強了對操作人員的培訓工作并下達了對先進控制系統(tǒng)投用的考核指標，除工藝原因不能投用的情況之外，總體上保持了較高的投用率。

表1是6月1日～8月31日系統(tǒng)考核標定期間醇酮裝置200#控制器和300#控制器的操作變量MV和被控變量CV投用率統(tǒng)計數(shù)據(jù)(由于工藝原因未能投用的情況除外)。

表1 醇酮裝置先進控制投用情況 %

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，在具備調(diào)節(jié)手段的情況下，醇酮裝置各先進控制器都保持了較高的投用率，MV和CV總體投用率達到了99%以上。

2.2控制性能數(shù)據(jù)對比

表2給出醇酮裝置考核標定期間常規(guī)控制和先進控制投用前后重要變量的方差變化情況。

表2 醇酮裝置過程控制性能數(shù)據(jù)對比

通過以上對比數(shù)據(jù)可以看出，醇酮裝置先進控制投用后，洗滌塔D202液位和壓差、第一脫烷塔D301塔頂和塔底溫度、第二脫烷塔D302各段溫度、醇酮重組分含量控制平穩(wěn)性都有較大提高，波動均方差降低在20%以上。另外，洗滌塔D202水洗比效果改善不大，主要是由于水洗比采用區(qū)域控制，一般情況下不需要進行調(diào)解，常規(guī)控制和先進控制都比較平穩(wěn)。

2.3操作平穩(wěn)性

選取醇酮裝置第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302先進控制系統(tǒng)投用前后的運行趨勢進行對比，結(jié)果如圖2～5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，投用先進控制后系統(tǒng)運行平穩(wěn)性比常規(guī)控制時有所提高。

圖2 D301常規(guī)控制趨勢記錄

圖3 D301先進控制趨勢記錄

圖4 D302常規(guī)控制趨勢記錄

圖5 D302先進控制趨勢記錄

由圖2、3可以看出，先進控制投用后，在工況大致相同的情況下，回流罐液位和塔底液位控制在小范圍內(nèi)波動，達到了平穩(wěn)操作，參數(shù)波動情況更小，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)的目的。

由圖4、5可以看出，在進料量出現(xiàn)波動時，投用先進控制時，D302塔的塔頂、中部和塔底溫度比常規(guī)控制波動范圍要小。

由于先進控制運行平穩(wěn)，參數(shù)優(yōu)化較好，項目實施后醇酮裝置醇酮環(huán)己烷的單耗降低了1.56kg/t，達到了節(jié)能降耗的目的。對提高醇酮裝置的市場競爭力具有重要意義。

3 先進控制技術(shù)實施后的不足之處

先進控制技術(shù)實施之后，也存在一定的不足，當裝置儀表出現(xiàn)虛假指示時，裝置發(fā)生波動；裝置開停車時，先進控制不能代替常規(guī)PID控制，先進控制就必須摘除。因此，化工生產(chǎn)還必須由操作工認真操作進行監(jiān)盤。

4 結(jié)束語

中國石油遼陽石化精己二酸生產(chǎn)線上的醇酮裝置，通過先進控制項目的實施，取得了預(yù)期的目標，操作平穩(wěn)性得到提高，在相同條件下，關(guān)鍵被控變量波動均方差減少20%以上，裝置環(huán)己烷單耗降低1.56kg/t，取得了良好的經(jīng)濟效益。

先進控制技術(shù)實施后，要求現(xiàn)場的工程技術(shù)人員切實掌握相關(guān)技術(shù)，才能使先進控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中發(fā)揮更大的作用，取得更大的效益。

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1000-3932(2016)06-0653-04

2016-04-05(修改稿)