先進控制系統(tǒng)在常減壓裝置中的應(yīng)用

李濱

(滄州渤海石化工程有限公司，河北 滄州 061000)

先進控制系統(tǒng)在常減壓裝置中的應(yīng)用

李濱

(滄州渤海石化工程有限公司，河北 滄州 061000)

某煉化企業(yè)常減壓裝置為提高加熱爐的熱效率，引入多變量預測控制系統(tǒng)DMCplus，充分利用該控制系統(tǒng)的多變量前饋、解耦能力，降低常減壓爐出口溫度的波動及煙氣含氧體積分數(shù)，對被控變量進行控制，達到了穩(wěn)定生產(chǎn)，降低能耗的目的。

常壓爐 減壓爐 APC控制 爐效率

某煉化企業(yè)常減壓裝置以加熱爐和精餾塔為主體組成管式蒸餾裝置，實現(xiàn)了原油的分解和各種石油餾分的分離[1]。常壓爐和減壓爐熱效率作為該裝置節(jié)能的主要手段，爐膛負壓和煙氣氧含量由鼓風機和引風機閥位控制，煙氣氧含量和爐膛負壓控制偏高，尚有一定的節(jié)能空間。另外由于常壓爐和減壓爐共用空氣預熱系統(tǒng)、鼓風機和引風機，致使被控變量之間耦合比較嚴重，多變量特性比較明顯，難以實現(xiàn)平穩(wěn)控制和優(yōu)化操作。為切實提高爐效率，引入多變量預測控制系統(tǒng)DMCplus。通過該控制系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)了常減壓爐爐膛負壓及煙氣氧含量等的自動控制，實現(xiàn)了平穩(wěn)運行并達到節(jié)能降耗的目的。

1 DMCplus控制系統(tǒng)簡介

DMCplus控制系統(tǒng)集原DMC公司的核心算法及原SETPOINT公司的界面及數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體的新一代控制軟件。其主要核心包括預測、優(yōu)化和動態(tài)控制三個階段[2],DMCplus控制器主要特點如下[3]：

1) 通過穩(wěn)態(tài)優(yōu)化來實現(xiàn)裝置的優(yōu)化操作，充分利用前饋控制方法，快速克服擾動。

2) 能夠精確實現(xiàn)被控變量等級劃分。

3) 利用FIR方法進行辨識。

4) 對積分變量和非連續(xù)變量有特殊的處理措施。

5) 具有專用的、自動的階躍測試工具。

6) 可通過參數(shù)設(shè)置限制操縱變量的調(diào)節(jié)幅度，確保控制的平穩(wěn)性和魯棒性。

7) 有機地利用線性化模塊解決非線性問題。

2 原控制系統(tǒng)存在問題及控制目標

通過對常減壓裝置進行工藝調(diào)研和基礎(chǔ)控制狀況檢查，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

1) 常減壓爐出口溫度控制。爐膛溫度采用溫度與瓦斯流量串級控制，但在出口溫度設(shè)定不變的情況下，由于常壓爐入口原油流量的波動，引起出口溫度波動，控制品質(zhì)差。

2) 加熱爐爐膛負壓由操作人員根據(jù)加熱爐氧含量和火焰燃燒情況實時調(diào)節(jié)加熱爐煙道擋板開度；加熱爐煙氣氧含量根據(jù)加熱爐爐膛負壓及火焰燃燒情況，調(diào)節(jié)煙道擋板和加熱爐供風蝶閥，控制精度偏低，操作人員工作強度較大。

3) 煙氣氧分析儀的可靠性差。煙氣氧分析儀工作在高溫有腐蝕性介質(zhì)沖刷的環(huán)境中，經(jīng)常會失效。手動控制時,煙氣氧含量只是參考值；自動控制時，需要判斷其提供的數(shù)據(jù)是否真實。

由上述可知，常減壓爐是一個多控制手段、多控制目標、多干擾因素的大滯后耦合對象，其出口溫度受到常減壓爐進料量、瓦斯流量等多方面影響，當進料量及瓦斯流量波動時，要求瓦斯調(diào)節(jié)也同步調(diào)整。因此，引入多變量預測控制系統(tǒng)，能夠克服干擾，實現(xiàn)常減壓出口溫度的穩(wěn)定控制；通過協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)空氣預熱系統(tǒng)中鼓風機轉(zhuǎn)速閥位、引風機轉(zhuǎn)速閥位、常壓爐鼓風機擋板開度、減壓爐鼓風機擋板開度來控制常減壓爐的爐膛負壓和煙氣氧含量，提高常減壓爐熱效率。

3 系統(tǒng)建模過程及要求

該先進控制系統(tǒng)采用多變量預測協(xié)調(diào)控制和常規(guī)PID控制相結(jié)合的二級控制體系結(jié)構(gòu)。DMCplus的常規(guī)建模過程是： 首先進行裝置測試，按照預先確定的幅度、時間變化維持時間逐個對控制器設(shè)計中的操作變量進行階躍測試，同時利用數(shù)據(jù)采集工具收集所有相關(guān)的變量數(shù)據(jù)；然后將這些資料調(diào)入DMCplus模型辨識軟件進行數(shù)據(jù)分析、篩選，最后辨識出所需要的模型[2]。具體建模流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)建模流程示意

為保證測試數(shù)據(jù)準確有效，必須保證操作變量的PID控制回路使用正常，被控變量儀表指示正常，同時需要消除測試期間的干擾。為此在建模前對裝置進行以下改進工作：

1) 增加常減壓爐進料量變化的前饋補償控制。根據(jù)進料流量變化及時補償瓦斯流量，減小由此產(chǎn)生的爐出口溫度變化；根據(jù)溫度變化趨勢，設(shè)定抗積分飽和措施，減少超調(diào)量。

2) 煙氣氧含量控制。增加數(shù)據(jù)可靠性檢驗程序，一旦數(shù)據(jù)超出合理范圍，或長時間保持不變，立即發(fā)出報警。

3) DMCplus建模要求。常減壓爐由于變量較少，而且響應(yīng)較明顯，因而采用與經(jīng)驗公式相結(jié)合的辦法建立模型。在對裝置進行階躍測試時，要求對每一個操作變量做多次階躍改變，并且在某個操作變量測試期間，盡量保持其他變量不動。

4 結(jié) 論

該先進控制系統(tǒng)投用后，和常減壓爐能耗直接相關(guān)的被控變量，如常減壓爐的各支路的溫度偏差及煙氣含氧體積分數(shù)波動明顯減小。其中，常減壓爐平均煙氣氧體積分數(shù)降低幅度分別達到0.2%和0.14%，系統(tǒng)投用前后常減壓爐煙氣氧體積分數(shù)對比見表1所列。

通過對常減壓裝置常減壓爐進行控制策略改造，有效地提高了爐運行平穩(wěn)性，降低了操作人員的勞動強度，達到了節(jié)能降耗的目的。

表1 先進控制系統(tǒng)投用前后常減壓爐煙氣氧體積分數(shù)對比

[1] 郭輝，朱培祥．常減壓裝置加熱爐過程控制不穩(wěn)定分析及改造[J]．工業(yè)儀表與自動化裝置，2009(04)： 67-69.

[2] 周洪波，武迎建.先進控制技術(shù)在重整/芳烴裝置上的應(yīng)用[J]．數(shù)字石油和化工,2008(02)： 8-12.

[3] 辛勇.加熱爐煙氣數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用[J]．石油化工設(shè)備技術(shù),2005,26(01)： 10-14.

李濱(1982—)，男，山東濰坊人，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)信息與控制工程學院控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)工作于滄州渤海石化工程有限公司青島分公司，從事電儀專業(yè)相關(guān)工作，任工程師。

TP273

B

1007-7324(2017)04-0075-02

稿件收到日期： 2017-04-07，修改稿收到日期： 2017-06-29。