DCS在戊烷精分裝置中的應用

劉慶麗

（大慶油田化工有限公司輕烴分餾分公司，黑龍江大慶 163000）

隨著我國國民經濟的快速發展，市場化程度越來越高，國內石油化工企業競爭越來越激烈，通過開發和應用先進的自動化控制技術，提高企業生產效率、降低生產成本、提高生產過程的安全性，對于提升企業競爭力具有重要意義。集散控制系統（DCS）以其分散控制、集中監管的功能，在石油化工企業中得到廣泛的應用，其區別于常規的PID控制技術，應用計算機控制技術、圖形技術、通信技術，實現強大的控制功能，優化控制算法，較常規控制技術控制效果好，能夠顯著提升生產效率，提升企業經濟效益。

我國石化企業在20世紀80年代開始引進、吸收國外DCS控制技術，實現快速發展，隨鉆計算機技術的飛速發展，推動DCS控制技術的不斷革新，早期以過程監控為主，逐漸發展為生產監督和管理調度，后期逐步發展邏輯控制能力，形成了專家系統。我國早期以小型DCS為主，在引進吸收國外技術的基礎上，逐漸提升DCS技術水平，實現生產管理的自動化、智能化水平。

DCS具有組態靈活、人機界面友好、管理功能強大的特點，在石油化工行業應用DCS不僅能夠提升產品質量，還能通過自動化管理降低人工成本，減少生產過程中的材料消耗和浪費，從而降低了生產成本。正是由于這些優勢，DCS在石油化工行業得到廣泛應用。同時應該注意到，在DCS應用中，實際應用效果的好壞不完全取決于系統的價格及先進性，關鍵要針對特定生產過程，與生產過程匹配好，充分發揮系統的效能，才能提升系統應用效果。

1 DCS集散控制系統簡介

在煉油化工系統中，應用DCS，能夠實現系統的穩定性、安全性、可靠性、維護方便等，在煉油化工企業得到了廣泛的應用。

DCS是20世紀70年代開始發展起來的控制系統，主要應用計算機控制技術、圖形技術、通信技術等，以計算機系統為控制中樞，與普通控制技術相比，不僅具有集中控制功能，還增加了數據采集、數據處理及數據傳輸的功能，正是由于其強大的控制功能，實現對各項管理集中，同時能分散系統風險，提高控制系統運行的穩定性。DCS具有典型的分散采集各項數據，集中進行監管的功能，主要由以下幾部分組成：①分散控制系統。DCS實現生產過程與控制系統的連接通過分散控制裝置，該裝置能夠將生產過程中的各種數據轉變為監控數據，同時采集生產過程中的各種信息，在數據的轉換過程中涉及到多種算法，最后將這些數據及信息傳輸到管理系統；②信息通信系統。信息系統通過有線或無線信息傳輸通道，將分散控制系統采集的各種數據及信息傳輸到管理系統，實現對數據的高效管理；③管理系統。管理系統通過接受分散控制系統采集的各項數據及信息，以圖形化及可視化界面顯示，方便直觀地查看顯示結果，通過管理系統，可以發出操作指令，方便快捷地控制生產過程。同時還可以建立報警系統，通過設置各種參數門限，實現對生產異常情況監測，實現自動報警功能。不僅方便對生產過程的管理，還能提高系統運行安全性。

DCS具有結構優勢，各分散系統能夠獨立工作，獨立系統之間通過數據總線進行連通，實現數據傳輸。DCS具有明顯的控制優勢，能夠實現過程控制和優化控制，過程控制能夠實現對生產過程控制，使得生產過程平穩控制，優化控制對生產過程管理進行優化，提高生產管理效率。DCS結構如圖1所示。

圖1 DCS結構圖

2 DCS功能

DCS控制功能較多，分為不同層級，低級的為現場控制，通過現場控制單元和各種控制站來實現的，通過不同的算法實現控制功能，常用的有邏輯運算法，四則運算法、PID控制法等，除了這些算法，還可以進行順序控制，具有報警及預警效果，還具有聯鎖保護功能，如圖2所示，可以根據不同的需求，設置不同的控制功能，實現對生產過程的高效控制，提高生產效率。

圖2 DCS控制功能

DCS系統控制高效，操作起來較為方便。由于系統設置的靈活和功能強大的人機接口，控制起來很方便，系統設置CRT，能夠對生產過程進行集中監測，控制起來方便快捷，也很方便打印各種工作報表。

由于系統采用DCS設計，根據不同的控制對象管理生產，采用組合式結構，各管理模塊可以任意組合，各控制單元以控制柜、控制箱為單位，通過鏈路將各控制單位連接，將單個控制模塊組合到一起，形成小的控制系統，小系統再鏈接到一起，形成中等規模系統或大規模控制系統。控制人員通過工作站，很方便控制生產現場。DCS控制系統構建采用標準化結構，如積木組合，拆卸裝配很方便，維護成本低。由于DCS系統采用集中分散控制，將功能分散，具有自動診斷、聯鎖保護功能、糾錯功能及人工控制功能等。當系統出現故障時，有多重措施解決，降低系統故障造成的風險。

DCS控制系統通信接口為通用接口，能夠進行不同速率不同模式的通信，可以很方便地與計算機連接，形成自動化控制系統。經過多年的發展，DCS控制系統能夠與各種產品互聯互通，很方便地交換數據，在第三方軟件上也能夠應用，由此也推動了DCS控制系統不斷發展及普及應用。

3 DCS控制系統選型

經過多年的發展，DCS控制系統發展迅速，衍生出了不同類型的產品，各產品在功能上差別較大，在價格上也存在較大差異，在選擇DCS控制系統時，要根據生產需求合理選擇，一般需要考慮以下幾個方面。

1）根據生產需求合理選擇DCS控制系統。在選擇DCS控制系統時，要首先對生產流程、生產規模進行分析，對需要監測的流量、溫度、壓力、液位等進行分析，對需要收集的監控數據進行統計，綜合考慮各項需求，選擇DCS控制系統規模，既要保證DCS控制系統能夠滿足生產需求，也要保有一定的余量。

2）合理選擇DCS系統控制功能。根據具體生產流程及產品類型不同，選擇生產過程中順序控制、批量控制、反饋控制以及報警等功能，以實現最優的控制，在出現異常情況時，能夠以最快的速度控制。

3）要充分考慮DCS控制系統的擴展性。在選擇DCS控制系統時，要從長遠出發，考慮系統的升級及可擴展性，以滿足不斷升級的計算機系統及軟件硬件設施，控制系統應具有較好的通用性，要求向上具有較好的連接性，能夠傳輸數據，向下能夠較好地連接各種智能儀器儀表，方便數據采集傳輸。

4）在通信方面，要求具有較好的開放性，既能方便實現數據傳輸，還能為新增通信提供便利。

5）在選擇DCS控制系統時，要注重所選系統的應用效果，使用維護便利性，產品質量，以及制造廠商的支援能力，確保系統安全平穩運行。

4 DCS控制系統在戊烷精分中的應用

戊烷是重要的石油化工產品，其用途廣泛。在戊烷精分裝置中，通常以工業戊烷為原料，生產附加值更高的環戊烷、正戊烷、異戊烷，由于生產流程長、滯后性大，受影響因素多，產生較多的干擾，對控制系統要求較高。

戊烷精分裝置采用低壓精餾工藝，工藝流程中有四個分餾塔，即脫丁烷塔、脫異戊烷塔、脫正戊烷塔、脫環戊烷塔，生產的原料為工業混合戊烷，生產的產品主要為環戊烷、正戊烷、異戊烷。戊烷精分裝置工藝比較復雜，各分餾塔之間、各流程間銜接緊密，在生產過程中需要對多項參數進行監測及控制，例如壓力、溫度、流量、液位等，每一項參數監測及控制形成一個獨立的控制回路，對控制系統要求較高。戊烷精分裝置生產控制存在以下難題：①生產裝置生產流程長、受到的影響因素多、滯后較大等，對分餾塔的控制影響大。影響因素主要表現在進料量大、進料組分控制、分餾塔內溫度、壓力等，由于生產流程復雜，生產負荷需要調節，這些都會影響分餾塔的穩定工作，進料組分波動大也影響正常生產；②由于四個精餾塔存在較大的變量，對控制系統要求高，普通控制系統難以保證產品質量；③四個精餾塔呈串聯關系，上游精餾塔塔釜采出就是下一個精餾塔的進料，上游精餾中液位的變化，會影響塔釜采出，導致下游的精餾塔進料波動，從而對生產造成影響。

戊烷精分裝置先進控制系統示意圖如圖3所示，脫丁烷塔、脫異戊烷塔、脫正戊烷塔、脫環戊烷塔生產流程，控制溫度、壓力、流量、液位等參數，通過理論分析各精餾塔的控制回路關聯性，開展流程模擬，分別建立四個精餾塔的控制器，然后通過預測控制、專家控制，建立先進控制系統。通過高度自動化的先進控制系統實施控制，戊烷精分裝置的關鍵工藝指標表現平穩，克服了生產負荷、進料波動大等不利因素影響，提高了生產效率，降低了生產成本，提升了企業經濟效益。

圖3 戊烷精分裝置DCS控制系統示意圖

5 結束語

DCS控制系統具有組態靈活、人機界面友好、管理功能強大的特點，并且具有穩定性、安全性、可靠性、維護方便等優勢，在石油化工行業，應用DCS控制系統不僅能夠提升產品質量，還能通過自動化管理降低人工成本，減少生產過程中的材料消耗和浪費，從而降低了生產成本，對于提升石油化工企業經濟效益意義重大。