常減壓裝置中先進控制技術(shù)的具體運用

劉克義

摘要：針對常減壓裝置工藝特點和先進控制技術(shù)應(yīng)用難點重新設(shè)計和實施先進控制系統(tǒng)。通過引入油品揮發(fā)度作為即時反映原油輕重的量化指標(biāo)，并以此作為前饋信息來指導(dǎo)原油切換期間的質(zhì)量控制，實現(xiàn)了原油切換過程的平穩(wěn)過渡。

關(guān)鍵詞：常減壓裝置；先進控制技術(shù)；具體應(yīng)用

以預(yù)測控制為主要特征的先進控制，由于可以改善過程動態(tài)控制的性能，減少過程變量的波動幅度，使之更接近其優(yōu)化目標(biāo)值，從而將生產(chǎn)裝置推向更接近其約束邊界條件下運行，最終達(dá)到增強裝置運行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性、提高目標(biāo)產(chǎn)品收獲率、增加裝置處理量、降低運行成本等目的，而在煉油企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

常減壓裝置是煉油企業(yè)的龍頭裝置。常減壓裝置因處理量較大，其絕對能耗比較高，在整個煉油企業(yè)的耗能中占15%～20%。可見對常減壓裝置實施先進控制以降低其能耗，提高其附加值產(chǎn)品收率意義十分重大。在當(dāng)前原油價格多變的市場環(huán)境下，為降低成本，原油同時采購自各個地方，性質(zhì)各不相同。常減壓裝置有時四五種原油混煉，原油頻繁切換，且原油在原油罐中分層會造成輕重變化。這種加工原油性質(zhì)的頻繁變化給常減壓裝置平穩(wěn)操作和先進控制的應(yīng)用帶來了巨大困難。

一，先進控制系統(tǒng)設(shè)計

為了解決原有先進控制方案無法適應(yīng)加工原油性質(zhì)頻繁變化的問題，可以對常減壓蒸餾裝置先進控制系統(tǒng)進行了重新設(shè)計和實施。我們建議采用Aspen公司的DMCplus先進控制技術(shù)，通過建立裝置的過程模型，并結(jié)合原油切換過程表征，研究開發(fā)了7個先進控制器，包括A區(qū)常壓蒸餾控制器、B區(qū)常壓蒸餾控制器、常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器、加熱爐燃燒控制器和減壓塔控制器。

1，常壓蒸餾控制器

常壓蒸餾控制器的控制目標(biāo)包括：穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)質(zhì)量卡邊控制，并增加高附加值產(chǎn)品收率；實現(xiàn)原油罐切換過程平穩(wěn)過渡；節(jié)能。

一方面，油品揮發(fā)度工藝計算。針對原油切換，先進控制系統(tǒng)主要面臨以下難題：（1）油質(zhì)變化頻繁。目前大型常減壓裝置常常要處理數(shù)十多種原油，在線調(diào)和，進料變化繁復(fù)，對每次加工的原油實時進行油品分析也不現(xiàn)實。（2）切換動態(tài)。原油混合的均勻程度及在儲罐中分層和管道中滯留，使得預(yù)知進塔原油的實時狀況十分困難。（3）密度不可靠。直接用原油密度來甄別油的輕重亦不可行。（4）原油輕重度量。原油有輕重變化，需要用某一特征數(shù)代表，才能真正在先進控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用。為開發(fā)能適應(yīng)原油切換的控制系統(tǒng)，需要設(shè)計一即時反映原油輕重的量化指標(biāo)，以此作為前饋信息來指導(dǎo)切換期間的質(zhì)量控制。一定量的常底油加熱到一定溫度進入常壓塔閃蒸段后，輕重油品對熱負(fù)荷具有不同的影響：輕油會產(chǎn)生較多油氣，從而導(dǎo)致整個塔的冷凝負(fù)荷上升，即頂回流負(fù)荷和頂循、中循負(fù)荷都將相應(yīng)增加以冷凝更多的油氣，否則，塔壓和頂溫將失控；反之，重油進塔后，上升油氣減少，為維持一定的塔壓和頂溫，各個冷凝負(fù)荷包括頂回流、頂循、中循負(fù)荷將下降。這樣，基于塔的熱平衡的計算具有以下2個優(yōu)點：首先是實時性，進塔的油品變化幾乎與熱負(fù)荷變化同時；其次是冷凝負(fù)荷大致與閃蒸油氣量成比例。根據(jù)這一原理可以計算出一個代表實時油品輕重的參數(shù)，可將它稱為油品揮發(fā)度，定義為單位溫差、單位進料對應(yīng)的總熱負(fù)荷。揮發(fā)度越大，油品越輕；揮發(fā)度越小，油品越重。采用產(chǎn)品質(zhì)量軟測量方案，塔頂汽油干點由塔頂溫經(jīng)壓力校正計算而得，側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量與側(cè)線抽出溫度以及油品揮發(fā)度密切關(guān)聯(lián)。伴隨油品切換過程，塔的壓力會變化，根據(jù)塔頂汽油干點的預(yù)測，控制器將分別自動調(diào)整初餾塔和常壓塔頂溫設(shè)定值，保證汽油產(chǎn)品質(zhì)量。同時，控制器會隨著油品揮發(fā)度變化自動在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)Ω鱾€側(cè)線抽出量作出適當(dāng)調(diào)整，以完成原油切換過程的平穩(wěn)過渡。另一方面，能量回收環(huán)節(jié)節(jié)能常減壓裝置的剩余熱量，主要是蒸餾塔塔頂回流和各中段回流取出的，熱流的溫位沿塔徑方向從上而下依次升高。因而為提高原油的最終換熱溫度，應(yīng)合理分配取熱，增加高溫位熱源熱量供給，進行常壓塔的優(yōu)化控制是重要的措施之一。通常，熱流溫位沿常壓塔的塔徑方向自上而下依次升高，因而在保證常壓塔汽液相分布均勻和產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，應(yīng)盡量提高二中和一中循環(huán)量，盡量降低冷回流量，最大限度地使高溫位熱源多換熱，可提高熱量利用率。在具體實施過程，合理設(shè)置先進控制器的優(yōu)化參數(shù)可實現(xiàn)該功能。

2，加熱爐支路平衡和燃燒控制器

在熱量的傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，能量的利用率為86.9%。在直接損失的能量中，加熱爐的排煙熱損失占總供入能量的8.45%。為此，設(shè)計加熱爐燃燒控制器，用于平穩(wěn)加熱爐出口溫度，提高熱效率，降低排煙熱損失。除此以外，為減少原油各支路進加熱爐最終混合后的熱損失，提高加熱爐加熱原油的效率，針對原油加熱流程設(shè)計加熱爐支路平衡控制器。加熱爐支路平衡和燃燒控制器包括4個先進控制器：常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器和加熱爐燃燒控制器，控制目標(biāo)為平穩(wěn)加熱爐出口溫度、爐膛負(fù)壓和煙氣氧含量，實現(xiàn)加熱爐各支路進料流量和出口溫度均衡，提高加熱爐的效率，在能量傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)節(jié)能降耗。

二，先進控制系統(tǒng)控制效果

1，原油切換過程過渡平穩(wěn)。常壓蒸餾控制器設(shè)計了油品揮發(fā)度工藝計算，實時表征煉制原油輕重。在裝置原油切換過程中，常壓蒸餾控制器會自動調(diào)節(jié)常壓塔一中流量、二中流量、頂循流量和各側(cè)線抽出溫度，以保證原油切換過程中常壓塔工藝參數(shù)平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

2，產(chǎn)品質(zhì)量軟測量。在油品揮發(fā)度工藝計算基礎(chǔ)上，利用裝置的溫度、壓力、流量和軟測量建模技術(shù)，開發(fā)了A/B區(qū)初頂油干點、A/B區(qū)常頂油干點、A/B區(qū)常一線干點、A/B區(qū)常一線閃點、A/B區(qū)常三線95%等產(chǎn)品質(zhì)量軟測量。各產(chǎn)品質(zhì)量軟測量變量（CV）用于先進控制器嚴(yán)格控制，各項質(zhì)量指標(biāo)控制良好。

3，先進控制器控制效果。先進控制器投用后，裝置操作更加平穩(wěn)，各項控制指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方差減少20%～30%的目標(biāo)。同時，由于控制精度的提高，實現(xiàn)了對主要生產(chǎn)指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)的卡邊控制，提高了目的產(chǎn)品收率，節(jié)省了能源，達(dá)到了增加裝置效益的目的。

結(jié)語

研究結(jié)果顯示，經(jīng)重新設(shè)計和實施，先進控制系統(tǒng)有較強的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和較高的投用率。先進控制技術(shù)的應(yīng)用使裝置運行更加平穩(wěn)，在降低能耗的同時提高了目標(biāo)產(chǎn)品的收率和收益，取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻

[1楊周，先進控制技術(shù)在常減壓裝置中的應(yīng)該用【J】，當(dāng)代化工研究，2019，01

（作者單位：中國石油化工股份有限公司濟南分公司）