應用先進控制技術提高芳烴抽提裝置操作平穩性

【摘 要】芳烴抽提技術經過60余年發展，已比較成熟。由于芳烴抽提要害部位運行中具有較大的危險性，因此需要應用先進控制系列軟件進行控制，達到提高裝置運行的操作平衡性和安全性。

【關鍵詞】先進控制技術;芳烴;抽提裝置;操作平穩性;安全性

模型預測控制（MPC）是目前得到廣泛應用的先進控制策略之一，它遵循預測模型、滾動優化、反饋校正等三大原理，適應復雜工業過程控制的要求。由于具有對模型精度要求不高、較強的穩定性和魯棒性等特點，在工業過程中得到了廣泛的應用。

環丁砜溶劑溶解能力強、選擇性好、分離容易、溶劑消耗少、無毒價廉，并能從芳烴原料中經濟、高回收率地獲取高純度芳烴，現已被廣泛采用。但是，由于芳烴抽提生產過程存在著較大的干擾因素：同時，上下游裝置之間耦合性強、相互干擾大，使得常規PID控制難以達到滿意的控制效果。針對芳烴抽提生產過程存在的控制難點，應用先進控制系列軟件APC-Suite建立芳烴抽提生產過程的先進控制系統，以提高生產過程的操作穩定性和安全性。

1.裝置要害部位危險性分析

芳烴抽提裝置以加氫裂解汽油和重整生成油作為原料，以環丁砜為溶劑，通過萃取抽提、溶劑回收、精餾等化工單元的操作，生產出純苯產品，苯塔塔底物（主要為甲苯）、加氫汽油抽余油和重整抽余油。原料及產品都屬于易燃易爆物質，與空氣接觸能形成爆炸性混合氣體，苯和甲苯還會對人體造成毒害，裝置內的空冷器和泵產生的噪聲也同樣對人體造成危害。

（1）加氫裂解汽油屬易燃易爆物質，閃點小于28℃，屬甲類火災危險性物質。爆炸危險場所屬于Ⅱ區域，汽油蒸氣和空氣形成爆炸性混合氣體，其爆炸極限下限極低，僅為1%（V）左右，因此發生火災、爆炸的危險性很大，即使有稀薄汽油蒸氣存在也是很危險的，有沿地面擴散到遠處遇火花引起著火的可能。同時汽油也是非導電性物質，它的液滴滴落或發生相對運動，極容易產生靜電而冒火花而引起著火。

（2）苯和甲苯，它們都是易燃易爆物質，它們的蒸氣和空氣能形成爆炸性的混合氣體，閃點也小于28℃，屬甲類火災危險性物質。因此發生火災危險性很大，按照《職業性接觸毒物危害程度分級》，苯是極度危害化學品，高濃度苯對中樞神經系統有麻醉作用，在短時間內大量吸入苯蒸氣，可因呼吸中樞麻痹而死亡。長時期接觸會發生慢性中毒影響造血功能，國際癌癥研究中心已確認為致癌物。甲苯毒性雖然沒有苯的毒性高，但長時間吸入，會影響人體的肝、腎功能。如果發生苯與甲苯泄漏或跑料事故，遇明火將發生燃燒和爆炸事故。

（3）苯裝置腐蝕現象嚴重，環丁砜溶劑本身是一種化學穩定性較好的極性有機物（在低于220℃的情況下），但當溫度高于220℃時，就會發生緩分解，而生成二氧化硫和不飽和烴，接觸空氣時，分解速度加快，因此在系統中，由于升溫后分解和氧化分解，遇水后生成苯磺酸類，對設備造成嚴重的腐蝕，特別在溶劑回收塔、汽提塔和溶劑再生系統的管線設備。

2.芳烴抽提工藝流程

芳烴抽提生產過程是以環丁砜為溶劑，通過溶劑抽提和抽提蒸餾相結合的方法，分離成芳烴和非芳烴。芳烴抽提生產過程工藝流程主要由溶劑、油、水三大循環所構成。

原料和第三溶劑從抽提塔T-101中下部進入，貧溶劑從抽提塔上部進入。在抽提塔內，原料與溶劑逆流接觸，進行液液抽提，形成組成不同的輕重兩相，大部分的非芳烴作為抽余相由塔頂導出，溶解在溶劑中的芳烴和少量非芳烴作為抽取相由塔底抽出。為了提高抽提油純度，在抽提塔下部，設置了一返洗管線，返洗液來自汽提塔T-103頂部。

抽提塔T-101抽余相自塔頂導出，進入抽余液水洗塔T-102。在抽余液水洗塔內，洗滌水和抽余相逆流接觸，抽余油自塔頂導出，塔底部水則進入水汽提塔T-104。抽提塔T-101抽取相也稱富溶劑自塔底進入汽提塔T-103上部。在汽提塔中經抽提蒸餾后，塔頂采出一部分作為返洗液返回抽提塔，另一部分送往水汽提塔T-104;塔底物送往回收塔T-105。在溶劑回收塔T-105中完成溶劑和芳烴的分離，溶劑供循環使用，芳烴自塔頂導出。

3.控制原理及軟件結構、功能

3.1預測控制原理

預測控制算法具有相同的三大本質特征：預測模型、滾動優化和反饋校正。各種預測控制算法具有類似的計算步驟：在當前時刻，基于過程的動態模型預測未來一定時域內每個采樣周期（或按一定間隔）的過程輸出，這些輸出為當前時刻和未來一定時域內控制量的函數。按照基于反饋校正的某個優化目標函數計算當前及未來一定時域的控制量大小。一般在優化目標函數中都考慮使未來輸出以一參考軌跡最優地去跟蹤期望設定值。計算出當前控制量后輸出給過程實施控制。根據新測量數據重新按上述步驟計算控制量。從預測控制的基本原理可以看出，預測控制是不斷滾動的局部優化。

（1）預測模型。預測模型的功能是根據被控對象的歷史信息和未來輸入，預測系統未來響應。預測模型形式可以是參數模型或非參數模型如脈;中響應和階躍響應。

（2）滾動優化?？刂颇康氖峭ㄟ^某一性能指標的最優確定未來的控制作用。優化過程隨時間推移在線優化，反復進行，每一步實現的是靜態優化，全局看卻是動態優化。

（3）反饋校正。每到一個新的采樣時刻，都要通過實際測到的輸出信息對基于模型的預測輸出進行修正，然后再進行新的優化。不斷根據系統的實際輸出對預測輸出值作出修正，使滾動優化不但基于模型，而且利用了反饋信息，構成閉環優化。

3.2先進控制系列軟件APC-Suite

（1）控制結構。APC-Suite先進控制系列軟件，它包括：先進控制平臺ESP-iSYS-A、高級多變量魯棒預測控制軟件APC-Adcon、工藝計算與智能軟測量軟件APC-sensot和預測函數控制軟件APC-PFC組成。APC-Suite能支撐所有國內在使用的主流DCS系統，如：中控的SUPCON JX-300X系統。Honeywell公司的PKS系統、橫河公司的CENTUM CS系列DCS系統。

（2）軟件功能。先進控制系列軟件APC-Suite充分考慮了實際控制系統中的各種要求，保證了系統性能和控制器的魯棒性。靈活的約束控制可在滿足工藝要求的情況下，同時較好的提高裝置產能;局部優化裝置控制手段，有效提高產品質量;在滿足裝置工藝指標和裝置控制回路指標上下限約束的前提下，有效的利用對控制回路的調節，使工藝指標按照裝置測試得到的模型算法及制定的閉環性能達到預期的性能指標;

通過觸發“先進控制平臺ESP-iSYS-A”提供的虛位號腳本的方法提供強大的自定義控制功能，用戶可以通過該功能對預測控制器進行擴充，從而提供更強大的靈活性和運算能力。

4.先進控制軟件應用效果

芳烴抽提生產過程先進控制系統針對芳烴抽提生產過程的工藝特點和具體情況，綜合考慮了各塔的內部特性及其相互間的關聯性，并結合工藝工程師、操作人員長期的生產經驗及先進控制的實施經驗和先進控制軟件的特點，分別建立抽提塔。汽提塔和回收塔三個控制器，實現對芳烴抽提單元生產過程的平穩控制，提高自動化控制水平，降低勞動強度。

先進控制系統應用到芳烴抽提生產過程中后，生產操作平穩性有了顯著的提高，大大減輕了操作人員的操作強度。各個關鍵工藝控制變量在先進控制投運前波動較大，控制效果并不理想;先進控制系統投運后，能夠有效的克服擾動，控制系統的控制質量明顯提高，大大改善了芳烴抽提生產過程的操作平穩性和安全性，從而有效地提高了芳烴的收率和降低了溶劑的消耗。

【參考文獻】

【1】柴軍輝等.某芳烴抽提裝置水汽提塔重沸器檢驗缺陷分析與處理《石油和化工設備》2015年第7期84-87.

作者簡介：張麗霞（1981—），女，溶劑油裝置操作高級工。