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        常減壓裝置中先進(jìn)控制技術(shù)的具體運(yùn)用

        2019-03-29 10:17:16劉克義
        科學(xué)與技術(shù) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:具體應(yīng)用

        劉克義

        摘要:針對常減壓裝置工藝特點(diǎn)和先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)重新設(shè)計(jì)和實(shí)施先進(jìn)控制系統(tǒng)。通過引入油品揮發(fā)度作為即時(shí)反映原油輕重的量化指標(biāo),并以此作為前饋信息來指導(dǎo)原油切換期間的質(zhì)量控制,實(shí)現(xiàn)了原油切換過程的平穩(wěn)過渡。

        關(guān)鍵詞:常減壓裝置;先進(jìn)控制技術(shù);具體應(yīng)用

        以預(yù)測控制為主要特征的先進(jìn)控制,由于可以改善過程動(dòng)態(tài)控制的性能,減少過程變量的波動(dòng)幅度,使之更接近其優(yōu)化目標(biāo)值,從而將生產(chǎn)裝置推向更接近其約束邊界條件下運(yùn)行,最終達(dá)到增強(qiáng)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性、提高目標(biāo)產(chǎn)品收獲率、增加裝置處理量、降低運(yùn)行成本等目的,而在煉油企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

        常減壓裝置是煉油企業(yè)的龍頭裝置。常減壓裝置因處理量較大,其絕對能耗比較高,在整個(gè)煉油企業(yè)的耗能中占15%~20%??梢妼Τp壓裝置實(shí)施先進(jìn)控制以降低其能耗,提高其附加值產(chǎn)品收率意義十分重大。在當(dāng)前原油價(jià)格多變的市場環(huán)境下,為降低成本,原油同時(shí)采購自各個(gè)地方,性質(zhì)各不相同。常減壓裝置有時(shí)四五種原油混煉,原油頻繁切換,且原油在原油罐中分層會(huì)造成輕重變化。這種加工原油性質(zhì)的頻繁變化給常減壓裝置平穩(wěn)操作和先進(jìn)控制的應(yīng)用帶來了巨大困難。

        一,先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        為了解決原有先進(jìn)控制方案無法適應(yīng)加工原油性質(zhì)頻繁變化的問題,可以對常減壓蒸餾裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和實(shí)施。我們建議采用Aspen公司的DMCplus先進(jìn)控制技術(shù),通過建立裝置的過程模型,并結(jié)合原油切換過程表征,研究開發(fā)了7個(gè)先進(jìn)控制器,包括A區(qū)常壓蒸餾控制器、B區(qū)常壓蒸餾控制器、常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器、加熱爐燃燒控制器和減壓塔控制器。

        1,常壓蒸餾控制器

        常壓蒸餾控制器的控制目標(biāo)包括:穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量卡邊控制,并增加高附加值產(chǎn)品收率;實(shí)現(xiàn)原油罐切換過程平穩(wěn)過渡;節(jié)能。

        一方面,油品揮發(fā)度工藝計(jì)算。針對原油切換,先進(jìn)控制系統(tǒng)主要面臨以下難題:(1)油質(zhì)變化頻繁。目前大型常減壓裝置常常要處理數(shù)十多種原油,在線調(diào)和,進(jìn)料變化繁復(fù),對每次加工的原油實(shí)時(shí)進(jìn)行油品分析也不現(xiàn)實(shí)。(2)切換動(dòng)態(tài)。原油混合的均勻程度及在儲(chǔ)罐中分層和管道中滯留,使得預(yù)知進(jìn)塔原油的實(shí)時(shí)狀況十分困難。(3)密度不可靠。直接用原油密度來甄別油的輕重亦不可行。(4)原油輕重度量。原油有輕重變化,需要用某一特征數(shù)代表,才能真正在先進(jìn)控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用。為開發(fā)能適應(yīng)原油切換的控制系統(tǒng),需要設(shè)計(jì)一即時(shí)反映原油輕重的量化指標(biāo),以此作為前饋信息來指導(dǎo)切換期間的質(zhì)量控制。一定量的常底油加熱到一定溫度進(jìn)入常壓塔閃蒸段后,輕重油品對熱負(fù)荷具有不同的影響:輕油會(huì)產(chǎn)生較多油氣,從而導(dǎo)致整個(gè)塔的冷凝負(fù)荷上升,即頂回流負(fù)荷和頂循、中循負(fù)荷都將相應(yīng)增加以冷凝更多的油氣,否則,塔壓和頂溫將失控;反之,重油進(jìn)塔后,上升油氣減少,為維持一定的塔壓和頂溫,各個(gè)冷凝負(fù)荷包括頂回流、頂循、中循負(fù)荷將下降。這樣,基于塔的熱平衡的計(jì)算具有以下2個(gè)優(yōu)點(diǎn):首先是實(shí)時(shí)性,進(jìn)塔的油品變化幾乎與熱負(fù)荷變化同時(shí);其次是冷凝負(fù)荷大致與閃蒸油氣量成比例。根據(jù)這一原理可以計(jì)算出一個(gè)代表實(shí)時(shí)油品輕重的參數(shù),可將它稱為油品揮發(fā)度,定義為單位溫差、單位進(jìn)料對應(yīng)的總熱負(fù)荷。揮發(fā)度越大,油品越輕;揮發(fā)度越小,油品越重。采用產(chǎn)品質(zhì)量軟測量方案,塔頂汽油干點(diǎn)由塔頂溫經(jīng)壓力校正計(jì)算而得,側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量與側(cè)線抽出溫度以及油品揮發(fā)度密切關(guān)聯(lián)。伴隨油品切換過程,塔的壓力會(huì)變化,根據(jù)塔頂汽油干點(diǎn)的預(yù)測,控制器將分別自動(dòng)調(diào)整初餾塔和常壓塔頂溫設(shè)定值,保證汽油產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),控制器會(huì)隨著油品揮發(fā)度變化自動(dòng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)Ω鱾€(gè)側(cè)線抽出量作出適當(dāng)調(diào)整,以完成原油切換過程的平穩(wěn)過渡。另一方面,能量回收環(huán)節(jié)節(jié)能常減壓裝置的剩余熱量,主要是蒸餾塔塔頂回流和各中段回流取出的,熱流的溫位沿塔徑方向從上而下依次升高。因而為提高原油的最終換熱溫度,應(yīng)合理分配取熱,增加高溫位熱源熱量供給,進(jìn)行常壓塔的優(yōu)化控制是重要的措施之一。通常,熱流溫位沿常壓塔的塔徑方向自上而下依次升高,因而在保證常壓塔汽液相分布均勻和產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下,應(yīng)盡量提高二中和一中循環(huán)量,盡量降低冷回流量,最大限度地使高溫位熱源多換熱,可提高熱量利用率。在具體實(shí)施過程,合理設(shè)置先進(jìn)控制器的優(yōu)化參數(shù)可實(shí)現(xiàn)該功能。

        2,加熱爐支路平衡和燃燒控制器

        在熱量的傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),能量的利用率為86.9%。在直接損失的能量中,加熱爐的排煙熱損失占總供入能量的8.45%。為此,設(shè)計(jì)加熱爐燃燒控制器,用于平穩(wěn)加熱爐出口溫度,提高熱效率,降低排煙熱損失。除此以外,為減少原油各支路進(jìn)加熱爐最終混合后的熱損失,提高加熱爐加熱原油的效率,針對原油加熱流程設(shè)計(jì)加熱爐支路平衡控制器。加熱爐支路平衡和燃燒控制器包括4個(gè)先進(jìn)控制器:常壓爐A支路平衡控制器、常壓爐B支路平衡控制器、減壓爐支路平衡控制器和加熱爐燃燒控制器,控制目標(biāo)為平穩(wěn)加熱爐出口溫度、爐膛負(fù)壓和煙氣氧含量,實(shí)現(xiàn)加熱爐各支路進(jìn)料流量和出口溫度均衡,提高加熱爐的效率,在能量傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)節(jié)能降耗。

        二,先進(jìn)控制系統(tǒng)控制效果

        1,原油切換過程過渡平穩(wěn)。常壓蒸餾控制器設(shè)計(jì)了油品揮發(fā)度工藝計(jì)算,實(shí)時(shí)表征煉制原油輕重。在裝置原油切換過程中,常壓蒸餾控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)常壓塔一中流量、二中流量、頂循流量和各側(cè)線抽出溫度,以保證原油切換過程中常壓塔工藝參數(shù)平穩(wěn),產(chǎn)品質(zhì)量合格。

        2,產(chǎn)品質(zhì)量軟測量。在油品揮發(fā)度工藝計(jì)算基礎(chǔ)上,利用裝置的溫度、壓力、流量和軟測量建模技術(shù),開發(fā)了A/B區(qū)初頂油干點(diǎn)、A/B區(qū)常頂油干點(diǎn)、A/B區(qū)常一線干點(diǎn)、A/B區(qū)常一線閃點(diǎn)、A/B區(qū)常三線95%等產(chǎn)品質(zhì)量軟測量。各產(chǎn)品質(zhì)量軟測量變量(CV)用于先進(jìn)控制器嚴(yán)格控制,各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)控制良好。

        3,先進(jìn)控制器控制效果。先進(jìn)控制器投用后,裝置操作更加平穩(wěn),各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方差減少20%~30%的目標(biāo)。同時(shí),由于控制精度的提高,實(shí)現(xiàn)了對主要生產(chǎn)指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)的卡邊控制,提高了目的產(chǎn)品收率,節(jié)省了能源,達(dá)到了增加裝置效益的目的。

        結(jié)語

        研究結(jié)果顯示,經(jīng)重新設(shè)計(jì)和實(shí)施,先進(jìn)控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和較高的投用率。先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用使裝置運(yùn)行更加平穩(wěn),在降低能耗的同時(shí)提高了目標(biāo)產(chǎn)品的收率和收益,取得了良好的應(yīng)用效果。

        參考文獻(xiàn)

        [1楊周,先進(jìn)控制技術(shù)在常減壓裝置中的應(yīng)該用【J】,當(dāng)代化工研究,2019,01

        (作者單位:中國石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司)

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