張晏崧

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163700)

急冷注堿單元是乙烯裂解生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一，急冷水酸堿度波動問題長期困擾著國內(nèi)石化企業(yè)。急冷水的pH 值過高，會使急冷水塔中的液體產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。pH 值過低，會使急冷水和工藝水流經(jīng)的設備產(chǎn)生腐蝕，嚴重影響生產(chǎn)裝置的使用壽命，特別是對換熱器的換熱管產(chǎn)生腐蝕，嚴重的甚至會使換熱管燒穿，造成整個裝置停車。

為保證生產(chǎn)裝置的長期平穩(wěn)運行，有必要研發(fā)自動控制技術，對急冷水的pH 值實施自動控制。

1 pH 值自動控制系統(tǒng)硬件的開發(fā)

在硬件上改造急冷水和稀釋蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以及堿罐配堿系統(tǒng)和藥劑注入系統(tǒng)設備，為實現(xiàn)自動控制提供基礎物質(zhì)保證。

1.1 裝置配套儀表的改造

在急冷水塔的pH 值控制回路上，增加可抗油污的pH 傳感器，改造堿注入工藝管線流程，增加變頻計量泵，在急冷水循環(huán)泵入口注入堿液，實現(xiàn)注堿量的遠程調(diào)節(jié)。

在工藝水汽提塔pH 值控制回路上，同樣增加pH 值在線測量儀表，在確保pH 傳感器能夠及時準確提供在線檢測數(shù)據(jù)的前提下，按照生產(chǎn)工藝需求，更換計量泵，確保計量泵的工作穩(wěn)定性，同時增加變頻調(diào)速器精確控制計量泵注入量。

在堿罐上增加NaOH 濃度傳感器，為注堿控制系統(tǒng)提供堿濃度實時信息，同時為手工配置堿液時提供參考，提高配置堿液濃度的精度。

1.2 設計急冷水塔pH 值自動控制器

主要應對大滯后、非線性和耦合等因素，同時考慮pH 值在線數(shù)據(jù)、注堿的濃度和流量、工藝水流量等干擾因素的影響，使上述因素對急冷水塔pH 值影響降至最小程度。

1.3 設計工藝水汽提塔pH 值自動控制器

考慮急冷水的pH 值和流量、注堿的濃度和流量等因素的影響，使工藝水汽提塔pH 值完全達到工藝生產(chǎn)要求。

1.4 離線仿真研究

仿真研究急冷水塔pH 值自動控制器，離線研究大滯后、非線性、耦合等原因，同時考慮產(chǎn)量、注堿的濃度和流量、工藝水流量等因素對急冷水塔pH 值的影響，并依據(jù)研究結果，編制自動控制數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實際操作數(shù)據(jù)適當修正設計。

仿真研究工藝水汽提塔pH 值自動控制器，離線研究考慮急冷水的堿含量和流量、注堿的濃度和流量等因素的影響，并根據(jù)研究結果，適當修正設計。

建立DCS 用戶界面，對急冷水塔pH 值自動控制器、工藝水汽提塔pH 值自動控制器的軟硬件系統(tǒng)進行調(diào)試并投運。

2 pH 值自動控制軟件系統(tǒng)的開發(fā)

在軟件上編制一套自動控制數(shù)據(jù)庫軟件，通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)判別，輸出對應的注堿量，控制現(xiàn)場的執(zhí)行器，實現(xiàn)自動控制，見圖1。

圖1 自動控制數(shù)據(jù)庫軟件程序圖

通過編寫控制運行公式，將變量范圍切割成若干小范圍區(qū)間，對應出經(jīng)驗數(shù)據(jù)表的經(jīng)驗配堿量，直接給定變頻泵的輸出，控制注堿量?？傮w分為2個階段。第一階段需要摸索工藝運行的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，該項工作做的越充分、越有普遍性，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)越豐富，最終控制注堿量才能越精準。達到最終限定pH 波動區(qū)間的目的。第二階段積累足夠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)后，實現(xiàn)自動控制(見圖2)。

圖2 pH 自動控制系統(tǒng)運行路線

2.1 注堿量的設定

在DCS 上，按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)表設定對應的注堿量，手動控制pH 值(見表1)。

表1 近海水下結構物的檢測技術比較

2.2 pH 值的自動控制設定

手動控制成功后，將手動控制經(jīng)驗數(shù)據(jù)輸入自動控制數(shù)據(jù)庫中，作為變頻泵輸出調(diào)節(jié)的設定。當現(xiàn)場檢測儀表檢測信號反饋到數(shù)據(jù)庫中時，數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)判別，可以對應尋找出手動控制經(jīng)驗數(shù)據(jù)和相應的變頻泵轉數(shù)，實現(xiàn)變頻泵轉數(shù)自動給定和變頻調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)注堿量的自動給定，實現(xiàn)pH 值的自動控制。在實現(xiàn)自動控制的基礎上，進一部詳細分割控制區(qū)間(堿濃度、pH 值)，深化經(jīng)驗數(shù)據(jù)表的精細程度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時判別輸出，進而實現(xiàn)pH 值精細控制。

3 應用及效果

3.1 急冷水、稀釋蒸汽系統(tǒng)pH 值控制穩(wěn)定

從2011 年11 月上半月急冷水pH 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后的運行情況看，急冷水、稀釋蒸汽外排水的pH 值穩(wěn)定，均在正常指標范圍之內(nèi)(見圖3)。

圖3 急冷水和外排水pH 值變化(2011 年11 月)

急冷水pH 值(6 號樣)設定值為6，實際運行數(shù)據(jù)在5.89～6.57，從標定的15 天記錄數(shù)據(jù)看，共計記錄45 個在線數(shù)據(jù)。其中有2 個點實際運行數(shù)據(jù)超過設定值6 ±0.5，平穩(wěn)率為95.56%。

外排水pH 值(10 號樣)設定值為8，實際運行數(shù)據(jù)為7.87～9.13，完全滿足生產(chǎn)運行需求。從標定的15 天記錄數(shù)據(jù)看，共計記錄45 個在線數(shù)據(jù)。其中11 月1～4 日系統(tǒng)投用初期pH 值小幅度波動，11 月4 日后，有1 個點實際運行數(shù)據(jù)超過設定值8 ±0.5，平穩(wěn)率為96.97%。系統(tǒng)標定期間一直投用自動，自動化投用率為100%。

3.2 實現(xiàn)系統(tǒng)自動化控制

由于實現(xiàn)了堿注入泵自動調(diào)節(jié)，加之沖程較穩(wěn)定，因此堿罐液位平穩(wěn)降低，呈規(guī)律性變化。在減少室外崗位人員勞動負荷的同時，也保障裝置的安全平穩(wěn)運行(見圖4)。

圖4 堿泵沖程(2011 年11 月)

由圖4 可見，由于堿注入泵改為變頻調(diào)節(jié)，所以檢泵沖程恒定不需要調(diào)節(jié)。依靠變頻控制系統(tǒng)控制泵轉數(shù)代替了頻繁調(diào)節(jié)泵沖程的弊端。

項目實施后，通過堿濃度監(jiān)測表，保證了配堿質(zhì)量分數(shù)在12%左右，將一個變量變?yōu)橐粋€恒定值，消除了pH 值調(diào)節(jié)的一個干擾因素。由于避免了大幅度頻繁調(diào)整，pH 值穩(wěn)定的同時，堿罐液位呈現(xiàn)規(guī)律性的變化(見圖5)。

pH 值自動控制系統(tǒng)運行后，解決了乙烯裂解急冷水pH 值長期以來依靠崗位員工人為跟蹤調(diào)整的情況。避免了由于每次配堿及堿泵沖程調(diào)整之后，急冷水、稀釋蒸汽外排水的pH 值大幅度波動等事件發(fā)生。既滿足急冷水系統(tǒng)pH 值平穩(wěn)變化的需求，又在很大程度上降低了崗位員工的工作負荷。

圖5 堿液濃度與液位消耗(2011 年11 月)

4 結論

(1)通過對急冷水塔注堿量的自動控制，消除大滯后、非線性、耦合、原料中含硫量、注堿的濃度、工藝水的堿含量和流量等因素對急冷水塔pH值影響，使急冷水塔pH 值保持平穩(wěn)。通過控制進入工藝水汽提塔的注堿量，消除堿液濃度、急冷水的pH 值和流量對工藝水汽提塔pH 值的影響，使工藝水汽提塔pH 值保持平穩(wěn)，完全達到生產(chǎn)工藝的要求，從而改善乙烯裝置運行條件。

(2)實現(xiàn)了pH 值調(diào)節(jié)自動化控制。突破傳統(tǒng)人工勞動強度大的弱點，延長急冷水、稀釋蒸汽系統(tǒng)運行周期，保證裝置長周期運行，克服滯后、非線性等干擾因素，將堿濃度等變化量轉化為橫定量，消除因此產(chǎn)生的干擾，編制數(shù)據(jù)庫將標準運行數(shù)據(jù)作為輸出控制信號依據(jù)，避免使用復雜數(shù)學模型，節(jié)省投資。