樊安靜 荊樹偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

甲醇精餾裝置自動控制研究與應用

樊安靜 荊樹偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

在石化行業(yè)，精餾裝置多數(shù)采用具有模型預測功能的自動控制方案作為操作手段，利用卡邊原理對裝置各項工藝指標進行控制與優(yōu)化。而在以化肥生產(chǎn)為主的企業(yè)中，對于模型預測控制的應用比較少見。某公司100kt/a甲醇精餾裝置為合成氨尿素生產(chǎn)系統(tǒng)余熱利用崗位，產(chǎn)品為含甲醇質(zhì)量分數(shù)99.99%的精甲醇，為合理控制甲醇精餾裝置的主要操作指標、降低蒸汽消耗、減少操作人員工作量及提高自動化控制水平，對甲醇精餾裝置進行了自動控制化實施與應用。

1 研發(fā)內(nèi)容

(1)現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的優(yōu)化。利用現(xiàn)場已有的自控閥門，并結合自動控制所需的現(xiàn)場儀表條件，現(xiàn)場新增加壓精餾塔和常壓精餾塔的進料流量顯示、中壓蒸汽和低壓蒸汽壓力遠傳信號顯示，便于模型控制器中對關鍵變量的控制。

(2)室內(nèi)微機系統(tǒng)的優(yōu)化。在室內(nèi)微機上安裝模型預測控制軟件及通訊軟件，并在系統(tǒng)組態(tài)中對模型需要控制的被控變量以及操作變量進行中間位號增添，增添相應的邏輯關系，對系統(tǒng)組態(tài)進行優(yōu)化。

(3)優(yōu)化控制器的實現(xiàn)。建立各塔及附屬設備的動態(tài)預測模型，建立加壓精餾塔、常壓精餾塔的采出精甲醇水分含量質(zhì)量軟儀表。在模型預測控制器中通過采集的數(shù)據(jù)進行模型建立，完成多變量控制器的開發(fā)與投運。

2 研發(fā)過程及應用

2.1 現(xiàn)場工藝狀況分析

通過現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)分析，對加壓精餾塔塔底及常壓精餾塔溫度的波動情況進行統(tǒng)計，確定其為關鍵被控變量。裝置蒸汽來源主要為中、低壓蒸汽，為最大限度節(jié)約蒸汽，添加兩路蒸汽的流量與壓力測量，在此處做一個多變量的緩沖罐壓力控制，使用兩路蒸汽的壓力為干擾變量、兩路蒸汽的開度閥為控制變量，減少管路蒸汽壓力波動帶來的干擾，穩(wěn)定后塔蒸汽的使用壓力，防止各塔關鍵溫度出現(xiàn)過大波動。

將控制器分為兩大控制器，預精餾塔子模型控制器與加壓精餾塔、常壓精餾塔子模型控制器，并對兩大控制器進行技術整合，整合為一個大的整體控制器，從而用于各塔關鍵變量的控制。增加自動控制系統(tǒng)投運率統(tǒng)計模塊，直觀反映自動控制系統(tǒng)在線投運率，便于效益測量統(tǒng)計。

2.2 現(xiàn)場具體改造實施

(1)現(xiàn)場蒸汽管線增加壓力變送器及流量計，便于控制系統(tǒng)的有效控制。

(2)加壓精餾塔和常壓精餾塔進料加裝流量計，對入塔流量進行控制。

(3)在室內(nèi)微機系統(tǒng)中安裝模型控制軟件MPC、通訊軟件OPCServer。

(4)進行階躍測試，采集各變量關系，并建立各控制器模型。

(5)模型辨識，確定各變量權重關系，辨識模型，以確定模型。

(6)模型技術整合為一個大控制器模型。

(7)模型投運與優(yōu)化。模型初步投運效果良好，但在系統(tǒng)加減量操作過程中，不能有效控制，通過模型預測軟件內(nèi)部優(yōu)化控制模塊解決了此問題，最終可形成DCS控制界面。

3 應用效果

在近6個月的模型投運與優(yōu)化后，于2014年3月9日至29日對自動控制系統(tǒng)進行了各項指標考核，其中3月9日至19日為手動控制運行階段、3月19日至29日為自動控制運行階段。手動、自動控制下蒸汽消耗對比見表1。

表1 手動、自動控制下蒸汽消耗對比

由表1可知，手動、自動控制下平均噸甲醇蒸汽消耗分別為0.754345t和0.724138t，則自動控制運行時比手動控制運行節(jié)約蒸汽4%。

4 結語

(1)通過實施甲醇精餾裝置自動控制，可大大減輕操作人員的勞動強度，操作人員能將更多的精力投入到現(xiàn)場設備的巡檢中，以提高設備的完好性。

(2)各指標平穩(wěn)率得到提高，可有效降低工藝參數(shù)波動，提高甲醇精餾裝置整體運行平穩(wěn)率。

(3)根據(jù)當前的生產(chǎn)負荷，自動控制投運情況下蒸汽消耗量降低4%，年經(jīng)濟效益50萬元左右。

(4)目前，自動控制系統(tǒng)在甲醇精餾裝置中運行情況良好，噸甲醇蒸汽消耗大幅降低。但在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面，未采用先進的在線測量手段，需人工分析數(shù)據(jù)后反饋給閉環(huán)系統(tǒng)，對于產(chǎn)品質(zhì)量的控制還有待進一步提高。建議采用自動控制時，應盡量考慮使用在線測量反饋，從而快速有效指導自動控制系統(tǒng)的運行。

2014-08-05)