催化裂化分餾單元先進控制APC系統(tǒng)運行優(yōu)化

(中國石化股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471012)

催化裂化裝置APC完善提升項目，2019年提交中國石化股份有限公司總部進行批復(fù)立項；2019年7月項目開始啟動，2019年8月完成初步設(shè)計；9月中旬，在原有APC服務(wù)器基礎(chǔ)上，完成了更換APC服務(wù)器后的平臺安裝、通訊調(diào)試和APC軟件安裝；10月開展了裝置階躍測試；11月中旬對裝置DCS進行了重新組態(tài)； 于此同時，10月底至11月下旬，建立了分餾塔控制器、粗汽油干點、輕柴油干點、干氣C3+含量、液化氣C2-和C5+含量、穩(wěn)定汽油蒸氣壓等軟測量的控制模型和軟測量模型；12月初，完成詳細設(shè)計； 12月上旬APC控制器開展了閉環(huán)調(diào)試和部分MV變量的試投用工作；12月底，APC系統(tǒng)正式連續(xù)運行。

催化裂化裝置分餾單元先進控制系統(tǒng)包括了1個控制器(分餾塔控制器)和2個軟儀表(粗汽油干點和輕柴油干點),主要涉及分餾單元中的分餾塔。

1 先進控制技術(shù)[1]概述

先進控制是通過安裝于計算機上的特殊軟件與DCS上的PID調(diào)節(jié)器配合應(yīng)用，對裝置進行綜合調(diào)節(jié)，同時滿足生產(chǎn)中多個控制要求的技術(shù)。因為外界運行環(huán)境不斷變化，而且參數(shù)具有未知性、時變性、突變性以及不穩(wěn)定性，復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)往往具有不可預(yù)測性，這時用來處理復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制效果不好，常規(guī)PID控制器很少考慮到變量之間的相互作用，而且是在被控參數(shù)產(chǎn)生偏差后才進行調(diào)節(jié)。由于裝置變量之間總是存在相互作用，因此采用先進控制技術(shù)往往效果較好。先進控制器中包含有裝置信息，根據(jù)來自系統(tǒng)外部的干擾信息和生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)信息，先進控制器可以預(yù)測出裝置未來的變化趨勢。先進控制在滿足了多個控制要求之后，能夠根據(jù)操作人員設(shè)置的參數(shù)，進一步實現(xiàn)生產(chǎn)綜合效益的最大化。

2 分餾先進控制器

催化裂化分餾塔的任務(wù)主要是把反應(yīng)送來的油氣混合物按沸點范圍分割為富氣、汽油、輕柴油和油漿等餾分，并保證各個餾分的質(zhì)量符合規(guī)定的要求。

反再分餾先進控制器運行周期為30秒，分餾系統(tǒng)控制器內(nèi)容如表1、表2和表3。

表1 操縱變量_MV

分餾系統(tǒng)先進控制器主要有以下控制指標：

(1)重要變量平穩(wěn)控制。包括分餾塔頂溫度、塔底溫度、各側(cè)線抽出溫度以及回流罐液位和塔底液位的平穩(wěn)控制。

(2)質(zhì)量卡邊控制。通過利用基于過程動態(tài)數(shù)學模型的軟測量技術(shù)，該系統(tǒng)可以實時給出分餾塔塔底液位、溫度及各產(chǎn)品質(zhì)量，將其控制在合格的范圍內(nèi)，并對粗汽油、輕柴油產(chǎn)品實現(xiàn)質(zhì)量卡邊控制。

表2 前饋/擾動變量_FFW/DV

表3 被控變量_CV

(3)多變量協(xié)調(diào)。在各種工況下，自動選擇操作變量MV，使其被控變量CV達到控制要求，使操作變量及其相關(guān)變量不超限。

(4)實時優(yōu)化，節(jié)能降耗。在保證塔頂、塔底溫度及產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，適當降低塔底換熱器取熱或塔頂回流量，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

3 先進控制系統(tǒng)實施前后效果對比

3.1 分餾塔塔頂溫度(℃)TI405.PV

從圖1可知，2019年10月20日至2019年10月26日先進控制系統(tǒng)投用前趨勢圖與2019年12月16日至2019年12月22日先進控制系統(tǒng)投用后趨勢圖比較，先進控制系統(tǒng)投用后：分餾塔塔頂溫度TI405.PV明顯平穩(wěn)，標準偏差由原來的0.770降為0.432，降低43.90%。

圖1 分餾塔塔頂溫度(℃)TI405.PV

3.2 分餾塔塔底溫度(℃)TI454.PV

從圖2可知，2019年10月20日至2019年10月26日先進控制系統(tǒng)投用前趨勢圖與2019年12月16日至2019年12月22日先進控制系統(tǒng)投用后趨勢圖比較，先進控制系統(tǒng)投用后：分餾塔塔底溫度TI454.PV明顯平穩(wěn)，標準偏差分別由原來的6.420降為3.653，降低43.10%。

圖2 分餾塔塔底溫度(℃)TI454.PV

3.3 分餾塔油漿下返塔流量(t/h)FIC20102.PV

從圖3可知，2019年10月20日至2019年10月26日先進控制系統(tǒng)投用前趨勢圖與2019年12月16日至2019年12月22日先進控制系統(tǒng)投用后趨勢圖比較，先進控制系統(tǒng)投用后：分餾塔油漿下返塔流量FIC20102.PV明顯平穩(wěn)，標準偏差分別由原來的6.513降為2.265，降低65.22%。

圖3 分餾塔油漿下返塔流量(t/h)FIC20102.PV

3.4 分餾塔塔底液位(%)LIC401.PV

從圖4可知，2019年10月20日至2019年10月26日先進控制系統(tǒng)投用前趨勢圖與2019年12月16日至2019年12月22日先進控制系統(tǒng)投用后趨勢圖比較，先進控制系統(tǒng)投用后：分餾塔塔底液位LIC401.PV明顯平穩(wěn)，標準偏差由原來的3.578降為0.974，降低72.78%。

圖4 分餾塔塔底液位(%)LIC401.PV

3.5 粗汽油罐液位(%)LIC403.PV

從圖5可知，2019年10月20日至2019年10月26日先進控制系統(tǒng)投用前趨勢圖與2019年12月16日至2019年12月22日先進控制系統(tǒng)投用后趨勢圖比較，先進控制系統(tǒng)投用后：粗汽油罐液位LIC403.PV明顯平穩(wěn)，標準偏差由原來的1.297降為0.717，降低44.72%。

圖5 粗汽油罐液位(%)LIC403.PV

3.6 分餾塔單元的優(yōu)化效果

(1)先進控制系統(tǒng)投用后，分餾塔塔頂、塔底、一中返塔氣相及一層下氣相溫度等關(guān)鍵控制指標明顯平穩(wěn)，標準偏差降低分別降低43.90%、43.10% 、36.17% 及40.85%。

(2)先進控制系統(tǒng)投用后，在穩(wěn)定分餾塔關(guān)鍵指標的基礎(chǔ)上，通過軟儀表技術(shù)，實現(xiàn)粗汽油干點和輕柴油干點的閉環(huán)控制，從而有利于裝置質(zhì)量控制。

(3)先進控制系統(tǒng)投用后，穩(wěn)定了分餾塔塔底液位和粗汽油罐液位，從而為保證下游裝置和該裝置后續(xù)工序穩(wěn)定運行提供有利條件。

(4)先進控制系統(tǒng)投用后，在保證塔頂、塔底溫度及產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，適當降低塔底換熱器取熱或塔頂回流量，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 先進控制系統(tǒng)實施總結(jié)

4.1 降低操作工的勞動強度

在實際生產(chǎn)過程中操作人員更關(guān)心控制器能否減輕他們的勞動強度并提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。因此在控制器功能設(shè)計時，針對裝置現(xiàn)況，增設(shè)了部分減輕操作工勞動強度的功能。操作人員只要輸入產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)量控制范圍，控制器就完成其余所有的操作調(diào)整任務(wù)。

4.2 提高裝置運行平穩(wěn)率和安全性

先進控制器的首要任務(wù)就是充分利用其模型預(yù)測和多變量協(xié)調(diào)的特點，抵御外界擾動，保證裝置的平穩(wěn)操作。先進控制器投用后，各重要CV的波動明顯減小，裝置的操作不需人工干預(yù)，幾個主要控制參數(shù)明顯平穩(wěn)，協(xié)調(diào)裝置的物料平衡，使分餾塔設(shè)備的能耗大幅度下降，實現(xiàn)裝置的安全、高產(chǎn)、低耗、節(jié)能和減排。