任燕翔，殷 新

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

乙烯裝置精餾塔的控制分析

任燕翔，殷 新

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

對精餾塔控制進(jìn)行了理論闡述并對乙烯裝置的精餾塔控制進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，描述了采用這種控制方法的主要原因，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)某具體乙烯裝置精餾塔進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

乙烯裝置；精餾塔；預(yù)測控制

目前我國在石油化工、石油煉制以及其他化工生產(chǎn)過程中，精餾屬于應(yīng)用特別廣泛的傳質(zhì)過程，主要目的是把混合液物質(zhì)進(jìn)行各組分的分離，從而達(dá)到要求所規(guī)定的純度[1]。精餾設(shè)備一般由冷凝器、再沸器、回流罐和精餾塔以及輔助裝置組成。精餾實(shí)際上是利用混合物不同組分的揮發(fā)性不同，也就是同一溫度下不同物質(zhì)蒸汽分壓不同，導(dǎo)致液體介質(zhì)中輕組分和氣體介質(zhì)中重組分之間相互轉(zhuǎn)移，最終實(shí)現(xiàn)分離的目的。

1 精餾塔的基本控制方案理論指導(dǎo)

精餾塔是一種典型的多變量，通常會設(shè)置多個(gè)控制系統(tǒng)。在眾多操縱變量和受控變量中，選擇一種變量進(jìn)行配對，這樣就能組成一種類型的控制方案。然而如何在大量控制方案中合理選擇一種方案是目前遇到的難題。早在20世紀(jì)60年代，Shinskey和同事采用一種全新的方案成功設(shè)計(jì)了一種精餾塔控制的復(fù)雜系統(tǒng)，并且可以進(jìn)行方便的控制。此方法的主要思想是根據(jù)靈敏度和Bristol相對增益概念為基礎(chǔ)進(jìn)而解決精餾塔控制變量配對等問題。概括來說，Shinskey提出的方法可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：①當(dāng)需要控制塔中一端產(chǎn)品的最終質(zhì)量時(shí)，選用物料平衡的方法來對該產(chǎn)品進(jìn)行控制。②當(dāng)塔兩端流量較小時(shí)，應(yīng)該選其作為操縱變量來控制塔中的產(chǎn)品質(zhì)量。③如果塔的兩側(cè)都需要進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)，通常對純產(chǎn)品含量較少，但是雜質(zhì)含量較多的一端進(jìn)行質(zhì)量控制，而純產(chǎn)品較多、雜志較少的一端進(jìn)行質(zhì)量控制應(yīng)該應(yīng)用能量平衡。

能量平衡控制和物料平衡控制基本概念是當(dāng)頂部物流量或底部液體流量作為變量進(jìn)行控制時(shí)，這個(gè)過程稱為平衡控制。物料平衡是響應(yīng)較為迅速的一種控制，但是對控制系統(tǒng)而言，由于耦合關(guān)系，控制一個(gè)變量會對其他多個(gè)變量產(chǎn)生一定的影響，所以一般物料控制在粗調(diào)的場合應(yīng)用。當(dāng)選擇再沸器加熱劑量或者頂部回流冷劑量作為變量進(jìn)行操縱時(shí)，稱為能量平衡控制。然而能量平衡控制產(chǎn)生反應(yīng)的速度比較緩慢，但是針對一個(gè)控制系統(tǒng)，能量控制會有更高的控制精度，可以和高級以及先進(jìn)控制相互結(jié)合運(yùn)用。這3條準(zhǔn)則是Shinskey多年工作的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶，同時(shí)也是現(xiàn)代化工藝生產(chǎn)過程中最成功的Bristol-Shinskey應(yīng)用。

盡管Shinskey準(zhǔn)則并沒有絕對性，但是可以有效對精餾塔控制方面進(jìn)行指導(dǎo)。在精餾塔實(shí)施控制過程中，需要注意到精餾塔僅僅是生產(chǎn)過程中的一個(gè)工序，尤其是在裝置之后的分離過程中，精餾過程一個(gè)接一個(gè)，上一精餾過程的輸出就是下一精餾過程的輸入，這就表示前一工序?qū)τ诰s塔的操作不僅影響到下一工序，而且前一工序產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量變化情況也會影響到下一工序。因此在設(shè)計(jì)精餾塔控制具體方案時(shí)，以Shinskey提出的3條準(zhǔn)則作為理論指導(dǎo)，協(xié)調(diào)好工序前后之間的關(guān)系，從而在深入了解其工藝背景的情況下選擇合適的控制方法。

2 乙烯裝置精餾塔的基本控制方法

精餾塔控制的最主要目的是滿足產(chǎn)品所需質(zhì)量要求，而反應(yīng)質(zhì)量好壞的最直接指標(biāo)就是成分的物理參數(shù)。近幾年，由于檢測成分物性的儀表快速發(fā)展，尤其是乙烯裝置烴類分析中紅外分析儀的應(yīng)用越來越多，質(zhì)量控制已經(jīng)成為乙烯精餾塔在產(chǎn)品組分控制中的直接指標(biāo)，保證了乙烯裝置產(chǎn)生的最終產(chǎn)品質(zhì)量，但是目前間接控制還處于主流領(lǐng)域。一方面是因?yàn)榧t外分析儀價(jià)格高昂，在所有位置都采用直接控制會加大投資，而且還不能提高裝置產(chǎn)品的效益；另一方面是由于間接控制取得的指標(biāo)和直接控制得到的指標(biāo)控制效果基本相同。

在實(shí)際操作過程中，乙烯裝置精餾塔的控制的方法多種多樣，對于一些相對而言有效的控制方法，可以通過比較進(jìn)行合理的選擇。在需要精密的精餾過程中，可以考慮采用恰當(dāng)?shù)臏夭羁刂?。對于靈敏點(diǎn)溫度控制過程中，塔中壓力保持穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)精密精餾的一個(gè)重要前提條件，因?yàn)槲锪系姆悬c(diǎn)在壓力發(fā)生變化的時(shí)候也會發(fā)生相應(yīng)的改變。當(dāng)各組分之間相對揮發(fā)度較小時(shí)，壓力變化對溫度產(chǎn)生的影響大于組分變化對其產(chǎn)生的影響。如果此時(shí)采用溫差來進(jìn)行控制，兩個(gè)測溫點(diǎn)之間的溫差會在壓力變化發(fā)生方向上產(chǎn)生的一致變化，最后導(dǎo)致溫差變化范圍很小，對于壓力波動造成的影響可以幾乎忽略不計(jì)。在實(shí)際操作工程中，相對較小揮發(fā)度的乙烯-乙烷和丙烯-丙烷精餾可以考慮采用溫差控制的方法對精餾操作進(jìn)行控制?；蛘呖梢钥紤]采取對靈敏點(diǎn)的溫度進(jìn)行壓力補(bǔ)償，通過這種方法，可以把壓力變化導(dǎo)致的物料沸點(diǎn)變化和靈敏點(diǎn)位置的移動造成的影響大大減弱甚至可以消除?？傊瑢s塔進(jìn)行的操作都是建立在許多分餾操作的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，分餾可以使進(jìn)入精餾塔中物料的純度提高，進(jìn)而決定了對精餾塔的控制主要是以平衡控制能量為主。

3 結(jié)束語

介紹了精餾塔的基本控制理論基礎(chǔ)以及現(xiàn)階段對乙烯裝置精餾塔進(jìn)行控制的主要方法，并結(jié)某實(shí)例講述了乙烯裝置控制方法的具體應(yīng)用，對精餾塔控制過程中做了一些說明和總結(jié)。在實(shí)施過程中，人工經(jīng)驗(yàn)的調(diào)節(jié)已經(jīng)到了本身控制時(shí)達(dá)到的最好效果，并且預(yù)測理論控制在工業(yè)化應(yīng)用過程中也在不斷改進(jìn)。未來對乙烯裝置精餾塔進(jìn)行控制的主要方法應(yīng)該是先進(jìn)控制和人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)之間相互結(jié)合，最終目的是實(shí)現(xiàn)兩種方法之間最優(yōu)化的統(tǒng)一。

[1] 黃永杰.精餾塔自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2012，41（1）：52-54.

Control Analysis of Distillation Column in Ethylene Plant

Ren Yan-xiang，Yin Xin

In this paper，the control of the distillation column is discussed theoretically.The control of the distillation column of the ethylene plant is systematically analyzed and summarized.The main reason for adopting this control method is described.At the same time，a specif i c ethylene plant distillation column Made a detailed description.

ethylene plant；distillation column；predictive control

TQ221.211；TP273

：B

：1003–6490（2017）04–0098–01

2017–04–02

任燕翔（1987—），女，四川成都人，初級工程師，主要從事乙烯裝置精餾工工作。