杜銳君(中國(guó)石化股份有限公司武漢分公司, 湖北 武漢 430082)

APC在武漢石化30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置上的應(yīng)用

杜銳君(中國(guó)石化股份有限公司武漢分公司, 湖北 武漢 430082)

武漢石化30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置自2002年起引進(jìn)、采用美國(guó)Honeywell公司的Profit Controller軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體分餾過(guò)程的先進(jìn)性控制和優(yōu)化控制。引進(jìn)的先進(jìn)控制系統(tǒng)有效提高分餾裝置的操作性，減輕了人員工作量，還降低了能耗，大大提升分餾產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

氣體分餾; APC技術(shù);節(jié)能增效

0 引言

先進(jìn)控制技術(shù)具有比常規(guī)單回路PID控制更好的控制效果，通常稱為APC(Advanced Process Control)。APC技術(shù)的核心是工藝裝置多變量動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。它的信息載體是DCS和網(wǎng)絡(luò)，被控對(duì)象如反應(yīng)器、分餾塔等。傳統(tǒng)的PID控制對(duì)象是溫度、壓力、流量和液位這四大參數(shù)，APC在此之外進(jìn)行了拓展——增加了諸如產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)和設(shè)備負(fù)荷等工藝生產(chǎn)所需要的變量；保證生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定裝置操作前提下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊操作，為挖潛增效創(chuàng)造了條件，優(yōu)化控制計(jì)算。APC技術(shù)在美國(guó)石化企業(yè)中的普及率已達(dá)60%，重點(diǎn)裝置達(dá)90%。在國(guó)內(nèi)，陸續(xù)也有多家石化單位嘗試在裝置已有DCS的基礎(chǔ)上配備先進(jìn)控制系統(tǒng)。中石化系統(tǒng)內(nèi)，如長(zhǎng)嶺、茂名、揚(yáng)子、濟(jì)南等地的煉油廠已經(jīng)投用APC技術(shù)，并都實(shí)現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益。

1 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置APC實(shí)施方案

中石化武漢分公司30萬(wàn)噸/年氣分裝置先進(jìn)控制項(xiàng)目，由石化盈科信息技術(shù)有限公司和武漢分公司共同實(shí)施，采用美國(guó)Honeywell公司的Profit Controller軟件，是股份有限公司由2002年啟動(dòng)的科技開發(fā)項(xiàng)目(煉油裝置先進(jìn)控制實(shí)施與維護(hù)專題)之一。該裝置先進(jìn)控制開發(fā)實(shí)施工作于2003年底啟動(dòng)。2007年12月21日，30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置的APC控制器全面進(jìn)入工業(yè)試運(yùn)行。2008年6月，該裝置進(jìn)行低溫?zé)嵩锤脑臁?月，先進(jìn)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)部分修改后，繼續(xù)投用。 30萬(wàn)噸/年氣體分餾生產(chǎn)裝置主要由脫丙烷塔(T101)、脫乙烷塔(T102)、丙烯精餾塔(T103/T104)、脫異丁烯塔(T105)組成。

1.1 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置工藝介紹

(1)由催化裂化裝置、聯(lián)合裝置來(lái)料的液態(tài)烴經(jīng)綜合車間脫硫后進(jìn)入原料緩沖罐，經(jīng)泵打入脫丙烷塔，在一定的壓力下分離成乙烷—丙烷和丁烷—戊烷兩個(gè)餾分。

(2)自脫丙烷塔頂引出的乙烷—丙烷輕餾分經(jīng)冷凝器冷卻后，一部分送作脫丙烷塔頂?shù)睦浠亓?，其余的則進(jìn)入脫乙烷塔，繼續(xù)分離。在壓力的作用下，塔頂將分出乙烷餾分，塔底為丙烷—丙烯餾分。

(3)將丙烷—丙烯餾分送入脫丙烯塔，在壓力下進(jìn)行分離，塔頂分出丙烯餾分．塔底為丙烷，其中純度大于99.5%的精丙烯可用作聚丙烯裝置的生產(chǎn)原料。

(4)從脫丙烷塔底出來(lái)的丁烷—戊烷重餾分進(jìn)入脫異丁烷塔進(jìn)行分離，塔頂分出輕C4餾分其主要成分是異丁烷、異丁烯、l—丁烯等；塔底為脫異丁烷餾分。

(5)脫異丁烷餾分在脫戊烷塔中進(jìn)行分離，塔頂為重C4餾分，主要為2—丁烯和正丁塔底為戊烷餾分，碳四餾分供MTBE裝置/烷基化裝置使用，碳五餾分則可用于添加調(diào)和汽油。脫乙烷塔(T102)，由塔頂脫除碳三餾分中少量的乙烷，但由于原料液化氣中幾乎不含乙烷，往往采用全回流操作，只是偶爾當(dāng)原料乙烷含量高時(shí)才通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的手閥從塔頂排出少量的含乙烷產(chǎn)物。因此APC項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)車間和研發(fā)部門協(xié)商，脫乙烷塔(T102)沒(méi)有必要實(shí)施先進(jìn)控制。其它主要工藝過(guò)程，均正常進(jìn)行開發(fā)實(shí)施。

圖1 氣分裝置分離丙烯的工藝簡(jiǎn)圖

2 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置APC實(shí)施方案

2.1 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置的APC實(shí)施情況

脫乙烷塔(T102)，由塔頂脫除碳三餾分中少量的乙烷，但由于原料液化氣中幾乎不含乙烷，往往采用全回流操作，只是偶爾當(dāng)原料乙烷含量高時(shí)才通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的手閥從塔頂排出少量的含乙烷產(chǎn)物。因此APC項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)車間和研發(fā)部門協(xié)商，脫乙烷塔(T102)沒(méi)有必要實(shí)施先進(jìn)控制。其它主要工藝過(guò)程，均正常進(jìn)行開發(fā)實(shí)施。

2.2 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置的APC設(shè)計(jì)

本套裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)分為三個(gè)APC控制器：脫丙烷塔(T101)控制器、丙烯精餾塔(T103+T104)控制器、脫異丁烯塔(T105)控制器。先進(jìn)控制平臺(tái)為APP Node，APC軟件采用Honeywell公司的RMPCT，以及pHD數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.3 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置在APC投用前后操作狀況對(duì)比分析

2.3.1 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置在APC投用前操作狀況分析

脫丙烷塔(T101)靈敏板溫度、丙烯產(chǎn)品純度等工藝指標(biāo)由操作員人工調(diào)節(jié)。操作員一般對(duì)各塔采用“三固一調(diào)”的操作方法，即固定：頂回流流量、頂抽出流量、塔底抽出流量，調(diào)節(jié)塔底蒸汽(熱水)量的方式進(jìn)行操作。該方法能相對(duì)保持塔的操作穩(wěn)定性，但是由于塔底蒸汽壓力及其溫度波動(dòng)頻繁，而且幅度較大，以及塔進(jìn)料的波動(dòng)，致使各塔液位、回流罐液位和各塔盤溫度變化很頻繁，操作員需經(jīng)常調(diào)節(jié)塔底蒸汽量來(lái)保持平穩(wěn)操作。

2.3.2 30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置在APC投用后操作狀況分析

脫丙烷塔(T101)靈敏板溫度、丙烯產(chǎn)品純度、回流罐液位等工藝指標(biāo)，均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)平穩(wěn)控制；在異丁烯塔(T105)極限操作狀態(tài)下，其回流灌液位也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平穩(wěn)控制；APC投用后，各主要被控指標(biāo)CV和調(diào)節(jié)變量MV的波動(dòng)幅度有明顯減小，裝置生產(chǎn)操作、控制更加平穩(wěn)。

2.4 主要參數(shù)在APC投用前后的數(shù)據(jù)比較：

以下三張表格中：

先進(jìn)控制前時(shí)間段：2007年10月6日～11月6日

先進(jìn)控制后時(shí)間段：2007年12月12日～2008年1月12日

2.4.1 實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量卡邊控制，提高了丙烯產(chǎn)品的收率

APC投用后，丙烯產(chǎn)品純度波動(dòng)幅度明顯降低；通過(guò)先進(jìn)控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，實(shí)現(xiàn)了卡邊控制，丙烯收率提高了0.06124%。

2.4.2 回流比明顯降低，達(dá)到了節(jié)能的效果

APC投用后，脫丙烷塔T101和丙烯塔T104的回流比均明顯降低，這意味著塔底耗用的蒸汽量(熱水量)減少了，達(dá)到了節(jié)能的效果。

2.4.3 APC技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠

自投用以來(lái)，整個(gè)先進(jìn)控制系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)故障。APC控制器的投入、切除和對(duì)DCS控制回路的操作，沒(méi)有遇到困難。操作簡(jiǎn)單、方便易懂，符合操作員的操作習(xí)慣。

2.5 APC技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

APC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了主要產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊控制，直接經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：提高了丙烯產(chǎn)品的收率，降低了裝置能耗。合計(jì)每年增加直接經(jīng)濟(jì)效益 201.679萬(wàn)元。

2.5.1 提高丙烯產(chǎn)品的收率

30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置的原料中丙烯含量年平均為38.05%，處理量30萬(wàn)噸/年，按先進(jìn)控制投用后，丙烯收率提高0.06124%計(jì)算，每年可提高丙烯產(chǎn)量：300000×0.06124% =183.72噸。按丙烯出廠價(jià)格與丙烷價(jià)格差為3000元/噸，每年可增加經(jīng)濟(jì)效益55.116萬(wàn)元。

2.5.2 降低裝置能耗

對(duì)于30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，估計(jì)出：T101的回流比每降低1，則蒸汽耗用量下降2.27 t/h；T104的回流比每降低1，則蒸汽耗用量下降1.233 t/h。先進(jìn)控制投用后，T101回流比降低0.157，T104回流比降低0.89。T101蒸汽耗用量下降2.27 t/h×0.157 = 0.3564 t/h；T104蒸汽耗用量下降1.233 t/h×0.89 =1.09737 t/h。按1#氣分裝置年開車8400小時(shí)計(jì)算，每年可節(jié)約蒸汽共12213.6噸。按每噸蒸汽成本120元計(jì)算，每年可增加經(jīng)濟(jì)效益146.56萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

APC技術(shù)在武漢石化30萬(wàn)噸/年氣體分餾裝置的運(yùn)用，增強(qiáng)了裝置的抗干擾能力，提高了裝置生產(chǎn)的平穩(wěn)性；極大地減輕了操作負(fù)荷，解決了部分常規(guī)控制存在的問(wèn)題；重要生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)維持在工藝和設(shè)備的許可范圍內(nèi)，使生產(chǎn)更安全；實(shí)現(xiàn)了主要生產(chǎn)指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)的卡邊控制，提高了丙烯產(chǎn)品收率，降低了能耗，增加了裝置效益。

杜銳君(1991-)，女 ，漢，湖北武漢人，助理工程師，主要從事石油煉化工作。