丁二烯萃取精餾系統控制技術研究

段文 楊小波（蘭州石化公司乙烯廠，甘肅 蘭州 730060）

丁二烯萃取精餾系統控制技術研究

段文 楊小波（蘭州石化公司乙烯廠，甘肅 蘭州 730060）

本文根據第二萃取精餾系統的工藝特點，通過對DeltaV DCS系統內嵌的MPCPro預測控制技術的深入研究與探討，在分析工藝特點、參考工藝操作經驗，針對第二萃取精餾系統的生產過程存在的常規控制難點，提出了相應控制策略，建立了MPCPro多變量預測控制器，實現了第二萃取精餾系統先進控制，取得了良好的效果，提高了生產過程運行的平穩率，降低了能量消耗，提高了目標產品收率，降低了操作人員的勞動強度，收到了良好的經濟效益和社會效益。

MPCPro；多變量預測控制；模型；萃取精餾

碳四抽提丁二烯裝置主要由第一萃取精餾、第二萃取精餾、脫重脫輕、水洗回收等系統組成，采用艾默生公司的Del?TaV DCS。第二萃取精餾系統為碳四抽提丁二烯裝置的重要環節，如圖1所示，主要由兩臺串級的精餾塔下塔T-103、上塔T-104和一臺閃蒸塔T-105組成，進料為T-101塔釜抽出的丁二烯、碳四炔烴、乙腈的混合溶液，加入萃取劑乙腈，在第二萃取精餾塔塔頂得合格的粗丁二烯，塔釜得到炔烴解吸完全的乙腈，經閃蒸塔將炔烴與乙腈分離，從而實現丁二烯與炔烴以及溶劑乙腈的分離。

1 MPCPro預測控制技術

DeltaV DCS系統中內嵌模型預測控制MPCPro功能塊，MP?CPro是基于模型的DMC預測控制，是一種利用模型預測技術開發的先進過程控制器，專門適用于具有強烈耦合關系及存在眾多約束的復雜多變量過程控制，其算法的核心是：預測模型，利用系統的過去和現在的輸入輸出信息，通過其模型可以得到對生產系統未來某段時間的運動狀態的估計；滾動優化，通過某一性能指標的最優化來確定未來的控制作用；反饋校正，在預測控制中使用一種反饋修正法，即閉環預測。當執行多變量控制策略時，過程的操縱輸入和擾動輸入與受控輸出和約束輸出在MPCPro功能塊里定義。根據煉化裝置的控制策略，確定控制器的輸入、輸出變量。控制器的被控變量和擾動變量與操作變量和約束變量都集成在MPCPro功能塊里，通過該功能塊實現煉化裝置的先進控制，實現被控對象的關鍵參數平穩運行。

2 控制方案

2.1 工藝特點

第二萃取精餾系統是一個復雜的多功能塔系，萃取精餾與溶劑解析在一個塔內完成，控制復雜。加入萃取劑乙腈，在第二萃取精餾塔塔頂得合格的粗丁二烯，塔釜得到炔烴解吸完全的乙腈，經閃蒸塔將炔烴與乙腈分離，從而實現丁二烯與炔烴以及溶劑乙腈的分離；炔烴閃蒸塔T-105實現碳四炔烴、乙腈的分離。第二萃取精餾系統存在干擾因素多，溫度、液位等關鍵參數滯后大控制難點，對各塔的平穩操作影響比較大。

2.2 控制目標

·在操作上實現物料平衡，避免周期性干擾對各塔操作的影響，避免各塔之間物料傳遞不平衡導致各塔操作的不平衡。

·第二萃取精餾系統實現丁二烯、碳四炔烴、乙腈的分離。在物料平衡的基礎上，調節塔的熱量供給和熱量分布，提高主要產品質量，提高丁二烯收率，降低裝置能耗。

·解決常規控制下液位、溫度波動問題。

·T-103是裝置的關鍵設備，它的穩定操作，對上、下游各塔的穩定控制有至關重要的作用，實施T-103先進控制，解決裝置存在的強耦合問題帶來的操作與控制上的困難，克服干擾和滯后，確保安全生產。

2.3 控制方案

根據第二萃取精餾系統工藝特點與控制目標，針對常規控制的存在的難點，設計適合本系統的控制方案。第二萃取精餾系統先進控制選擇塔T-103塔中部溫度、塔釜液面，T-104塔釜液面，回流罐V-106液面，T-105塔釜液面為被控變量，分別以CV1、CV2、CV3、CV4、CV5表示；選擇T-103塔靈敏板溫度為約束變量，分別以AV1表示；選擇T-103塔釜中壓蒸汽流量、塔釜采出量，T-104塔釜采出量，回流量及T-105塔釜采出量為操作變量，分別以MV1、MV2、MV3、MV4、MV5表示；塔釜T-101到T-103的量，T-104到T-201的量及T-104塔頂壓力為干擾變量，分別以DV1、DV2、DV3表示。其中，第二萃取精餾系統先進控制器中所有被控變量采用設定點控制，約束變量采用區間控制。

根據第二萃取精餾系統的控制方案，通過對第二萃取精餾系統階躍試驗數據的分析、辯識得到如下傳遞函數矩陣形式的數學模型，并根據辨識出的數學模型建立MPCPro預測控制所需的內部模型，并根據實際工藝特點和要求選取合理的參考軌跡、操作變量約束、被控變量約束、控制結構以得到MPCPro先進控制器。

在將多變量預測控制器上線投用之前，通過在線仿真檢驗控制器的動態響應、穩態精度以及模型的魯棒性。

（4）運行效果分析

該控制器運行平穩，控制精度高。第二萃取精餾系統先進控制器運行平穩，提高了過程控制的平穩性，實現主要工藝參數的波動幅度減少50%以上，表明設計實施的第二萃取精餾系統多變量預估先進控制是切實可行的。

通過調節中壓蒸汽量，克服蒸汽壓力波動，保持T-103靈敏板溫度、塔頂溫度、塔側線溫度運行穩定，通過調節塔T-103、T-104、T-105塔釜采出，穩定了塔的液位，通過小幅度調節回流量，克服干擾，實現對回流罐液位的平穩控制，從而實現了該系統平穩運行。

3 結語

MPCPro先進控制器控制品質良好，一直運行平穩，投用率高，解決了第二萃取精餾系統關鍵參數的波動問題，從整體上提高了第二萃取精餾系統的控制水平，提高了第二萃取精餾系統運行的平穩性，實現了丁二烯第二萃取精餾系統的穩定、快速和準確的控制，實現了卡邊操作，減少了目標產品損失，提高了裝置主要產品丁二烯的收率，節能降耗，并減輕了操作人員的勞動強度，深受車間技術人員和操作人員的歡迎。