1、精選優質文檔-傾情為你奉上延遲焦化的操作特點1前言 隨著控制理論的發展、計算機性能的提高，一些復雜的高級控制方法（即先進控制技術）不斷涌現，以解決時變性強、強耦合、非線性和大時滯等過程控制問題。在這些新型的控制技術中，最為突出的是模型預估控制技術。模型預估控制(MPC)是用多變量線性模型來描述過程的動態特性，用模型預測過程輸出軌跡與希望軌跡的距離，作為控制質量指標，求得最優的控制策略。反饋校正、在線滾動優化，以解決大時遲、強耦合的多變量過程控制問題。在多變量控制器中，一般被控變量多于操縱變量，用穩態LP/QP技術，將過程推向約束的極限。利用先進控制技術滿足裝置安全平穩操作的要求 、提高裝置加工

2、能力和高附加值產品收率,是國內外煉化汽油普遍采用的技術手段,目前國內先進控制技術主要應用在常減壓、催化裂化和聚丙烯等裝置。由于延遲焦化是既結焦又不結焦、既連續又間歇的生產特點，目前國內尚無成功的焦化裝置先進控制經驗。隨著中石化股份公司APC推廣應用項目的啟動，福建煉化延遲焦化先進控制系統應運而生。2004年7月該項目試啟動，隨后投入試運行。迄今為止，該項目運行性能良好，完全達到了預期的增強裝置的抗干擾能力,提高目的產品收率和減少能耗的控制效果。2 焦化裝置概述2.1生產工藝簡介福建煉化公司60萬噸年延遲焦化裝置，采用一爐雙塔生產工藝，切換周期為24小時，除焦周期進行冷焦、除焦、試壓、預熱和換塔

3、等步驟操作。裝置原料為減壓渣油，補充部分催化油漿，主要產品包括焦化干氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦。裝置控制系統為Honeywell公司的TPS，先控平臺為APP NODE。先進控制軟件使用Honeywell公司的RMPCT。2.2延遲焦化的操作特點由于焦炭塔冷一熱態周期性切換,物料和熱量損失較大，該過程使進入分餾塔的物料和熱能輸入量明顯下降，分餾塔底、蒸發段溫度隨之下降（約10-15），進而影響到產品的分布和餾出口質量，并使加熱爐熱負荷，爐出口溫度產生擾動。因此，進行焦炭塔周期性切換操作時，為減少擾動，保證操作平穩和質量合格，應對操作過程進行調整。為了保證平穩操作，產品質量合格,在操作上必須做

4、好每一步驟的工作，盡量減少這種周期性的波動。如新塔的預熱和切換要緩慢，加熱爐溫度要燒高，調節分餾塔底和蒸發段的溫度,適當降低產品出裝置流量等。在以PID控制為主的回路控制情況下，往往操作在偏離最優的保守狀態，需要人工輔助操作，或切為手動，憑經驗調節，調節效能差，時間長，不能充分發揮裝置的潛力,迫切需要實施先進控制。3焦化裝置先進控制器控制策略 多變量預估控制器是一個具有多變量、多目標的控制器，在正常生產過程中，該控制器可使多個受控變量分別操作在其各自允許的范圍內，始終處于受控狀態。在建立焦化裝置多變量預估控制器的過程中，根據裝置的特點，考慮到分餾上部對新鮮進料、分餾塔底部、加熱爐、焦碳塔四大部

5、分的影響較弱，因而在控制策略上把流程分為反應、分餾兩部分，分別用兩個控制器實現先進控制。反應部分包括原料預熱，加熱爐，焦炭塔，分餾塔重蠟油集油箱以下部分。分餾部分包括分餾塔重蠟油集油箱以上部分。將響應時間常數較小的反應部分用一個控制器控制，而將響應時間常數較大的分餾部分用另一個控制器控制，可加快加熱爐控制器的響應速度，還減小了控制矩陣的維數，可得到較好的控制品質。以達到平穩操作，著重于抵御焦炭塔切換帶來的干擾；保證產品質量，降低質量波動；根據裝置的原料供應情況，在不違背加熱爐最高管壁金屬溫度和焦炭塔最終焦高約束的前提下，在提高裝置處理量，提高餾份油收率與提高輕油收率間進行優化；降低焦炭收率和降

6、低裝置能耗等主要目標。4 控制器主要模型的選取思路：4.1循環比改變對流進分餾塔上、下進料量的比例可改變聯合循環比，聯合循環比增加會明顯降低裝置的處理能力，增加輕油、焦炭和氣體收率，但總液收減少，因此，聯合循環比是權衡裝置處理能力和產品分布的關鍵變量。焦炭塔塔切換會使聯合循環比大幅度波動，造成人字塔板上方油汽溫度的變化，給分餾塔上部的操作帶來擾動，也會造成下進料的流量和溫度的波動，導致加熱爐進口溫度的波動，影響加熱爐的操作及處理能力。因此，在這個部位，APC控制器的首要目標是在各種約束均能滿足的前提下，將聯合循環比控制在合理的范圍內，并加強APC控制器的抗干擾能力，特別是補償塔切換擾動的能力。

7、4.2爐出口溫度 爐出口溫度是加熱爐最主要的控制指標，對裝置的焦炭產率和輕油收率有較大的影響。一般而言，提高爐出口溫度5，焦炭產量可下降6%（相對值），但爐管結焦的傾向增加，焦炭切割的困難度增加。加工高焦炭收率原料時，爐管結焦的傾向低，加熱爐的負荷也低，提高加熱爐出口溫度后焦炭產量下降的幅度大，因此，保證加熱爐出口溫度的穩定是相當重要的。而且采用調整爐出口溫度的上限的操作策略，根據原料性質及爐管的結焦傾向適度提高爐出口溫度的上限以降低焦炭收率。因此 加熱爐APC控制器的最主要任務是平穩爐出口溫度，使其更接近上下限，有利于降低焦炭產量或提高處理量，并兼顧煙氣氧含量。4.3 焦炭塔周期性操作克服周

8、期性操作的干擾是對APC控制器的重要要求，焦炭塔的操作的干擾事件的幅度大、持續時間長，事件的模型的精度也十分有限，因此在設計控制器時必須抓住克服干擾的要點，著重克服熱量變化造成的干擾，適當兼顧物料平衡變化造成的干擾。焦炭塔的操作是一個周期性的過程。在暖塔、小吹汽和大吹汽階段，進入分餾塔過熱段的熱量和物料會發生較大變化，給系統的操作帶來不同程度的擾動。由于暖塔、改平衡的油氣量和小吹汽的蒸汽量均沒有測量，大吹汽時油氣產物流量的下降也難以度量，因此，在APC控制器中，我們將這幾個周期性的擾動定義為事件擾動，由新塔中某三個測溫點溫度變化的斜率觸發。焦炭塔切換的三個事件的擾動幅度、變化特性及持續時間都不

9、相同，因此針對不同事件的特點必須制定合理出相應的控制策略。4.3.1預熱 在預熱暖塔階段，老塔的操作狀態并未改變，但因部分油氣用于新塔預熱，進入分餾塔的熱量和物料減少，形成擾動。按工藝特點可將該階段劃分為兩個子階段。在第一個子階段內兩個焦炭塔的壓力未達到平衡。最初，新塔內壓力很低，在某一暖塔閥位下，會因壓差大，產生很大的暖塔流量，隨新塔壓力的增高，流量減少，直至兩塔壓力平衡，流量趨于穩定。這一子階段中暖塔流量全部用于焦炭塔升溫、升壓，對分餾塔的擾動較大，時間大約持續1小時。有經驗的操作員傾向于采用分階段改變暖塔閥位的策略，以減少物料變化的干擾，但調整閥位的頻率和幅度均無統一的規范。使用APC控

10、制器的抵御事件干擾的最基本方法是將其假設為一個幅度按規律變化的擾動序列，作為控制器的前饋，而無統一的規范的操作員干預是無法建模，無法處理的。因此，必須首先建立規范化的操作員干預程序，以達到實現APC控制器抗干擾功能的先決條件。在第二個子階段中，暖塔流量已不再變化，但由于暖塔流體與塔壁的傳熱溫差減小，而散熱所占的取熱比例越來越大，對分餾塔的影響幅度迅速變小，但需經很長時間才能趨于穩定。建立暖塔事件模型的首要任務是辨識操作員改變暖塔閥位所造成的擾動的初始幅度及終止幅度。同時，在模型識別的過程中考察和建立規范化的操作員干預程序。4.3.2切換塔 當新塔溫度升至360后進行塔切換，原料進入新塔，并向老

11、塔蒸汽，新塔和老塔頂部的油氣同時經油氣線進分餾塔，這一階段稱為小吹汽。此時，新塔內液相存量很低，反應進行得不完全，渣油的轉化率低，裂化產率低，然而，老塔內的高溫油品仍將繼續反應，并被蒸汽汽提至分餾塔，分餾塔進料總量得到一定的補償。這一階段也可分為兩個子階段：在第一子階段，因蒸汽突然進入高溫的焦炭塔，使塔內烴分壓陡然下降，輕質油品大量蒸發。在現場可觀察到分餾塔人字擋板頂部溫度降低，而塔頂壓力、溫度升高，說明進入分餾塔的重組分量減少，而輕組分量增加的幅度很大。因為，老塔內油品大量蒸發導致焦炭塔內輕組分量減少，又由于無熱量輸入，蒸發導致溫度下降，蒸發量漸漸減少，焦炭塔塔壓和塔頂溫度開始回落，15分鐘

12、左右恢復到正常值。在這一子階段中，補償干擾的方法與其它各階段均有所不同，前者著重增加塔上部的冷卻負荷，后者著重增加塔下部的冷卻負荷；在第二個子階段，裂解反應及產物蒸發消耗熱量，致使老塔的溫度下降，裂解反應及產物蒸發隨之減少，持續時間約3045分鐘。我們對小吹汽階段模式識別的要點是設法確定第一子階段擾動的峰值及第二子階段終止時的擾動幅度。4.3.3大吹汽 小吹汽結束后，關閉老塔油氣線隔斷閥，加大老塔的吹汽量，吹掃后的蒸汽去接觸冷切塔。在大吹汽期間由于新塔內液相料位低，裂解反應進行不充分，生成的油氣產物少，故進入分餾塔的熱量和物料較小吹汽末期進一步減少，因此大吹汽期間出現了最大干擾。隨著焦炭塔內液

13、體料位不斷增高，裂解反應逐漸趨于充分，這一階段要經過約2小時達到平穩。如果假設液體在焦炭塔內的轉化與液位成正比，則在這一期間內，進料量和熱量變化對分餾塔干擾的幅度可近似為與大吹汽持續時間成正比，因此，大吹汽階段模式識別主要是根據老塔壓力下降幅度確定初期的擾動幅度并建立和測試觸發事件的判據。4.4焦高 原料油經輻射段加熱后，經四通閥進入焦碳塔底部。高溫焦化油在焦炭塔內進一步進行裂解、縮合等反應，生成焦炭和油氣。隨著焦炭塔累計進料量的增加，焦炭塔中料位及其上方的泡沫層不斷增高，可能會出現沖塔事故。為避免該現象的發生，焦炭塔設有中子料位儀，提供焦位達到三個不同高度時的時間。若中子料位儀出現焦位指示的

14、時間過早，就可能會出現沖塔事故，需及時從塔頂注入消泡劑降低泡沫層高度或減少進料量。但是，中子料位儀并不能隨時反映焦炭累積的速率，在焦炭塔切換的初、中期難以恰當地給定裝置進料量，而需留有余地，往往最終焦高小于焦炭塔的實際容焦能力。APC控制器可實時地預測最終焦高，并用中子料位儀校正，以提高預測值的可靠性，為充分發揮焦炭塔的潛能提供了前提。4.5 產品質量裝置以柴油干點和蠟油10點度量柴油與蠟油的分離效果、控制產品質量。改善這兩種產品的切割，增產高價值的柴油是分餾塔的主要操作目標之一，但還需兼顧蒸汽的發生及原料的預熱，所涉及的調節手段有柴油回流、中段回流、蠟油循環的三個取熱量以及柴油、蠟油產品抽出

15、量等，具有明顯的多變量的特點，APC控制器可更好地協調各調節變量的動作，實現質量卡邊操作。焦化裝置還需能抵御焦炭塔切換所帶來的對柴油、蠟油質量的重大擾動，因而，增強APC控制器克服擾動的能力對改善產品的質量控制也很重要。5主要變量的選取多變量預測控制器的輸入/輸出由三種變量組成：被控變量（CV）、操縱變量（MV）和干擾變量（DV）。以分餾控制器為例，我們在分餾系統控制器選擇了13個操作變量作為控制目標，8個受控變量作為受控指標，5個干擾變量作為計算和預估，分餾塔控制器的有關變量見表1至表3。表1-分餾塔控制器部分CV列表位號描述TI7202.PV 分餾塔頂溫度NAP90.PV汽油90%點FIC

16、7201.OP頂循環回流流控閥位LCO90.PV柴油90%點TI7911.PV柴油抽出溫度CGO10.PV焦化蠟油餾程10%TI7210.PV焦化蠟油抽出溫度表2- 分餾塔控制器MV列表位號描述FIC7201.SP分餾塔塔頂循環量FIC7207.SP貧柴油吸收劑流量FIC7201.OP頂循環回流流控閥位LCO90.PV柴油90%點TI7911.PV柴油抽出溫度專心-專注-專業表3- 分餾塔控制器部分DV列表位號描述SW01ST焦炭塔暖塔事件SW011ST焦炭塔改平衡事件SW02ST焦炭塔大吹汽事件6先控運行效果反應系統控制器和分餾塔控制器分別于2004年6月29日和7月15日投入使用。經過一段

17、時間的運行，操作人員已經掌握了先進控制器的操作方法，通過給各個CV、MV設定合理的上下限，先進控制器就能夠將CV控制在給定的范圍內，MV也約束在范圍內。先進控制器投用后，不需要人工調節，就能夠抵御焦炭塔切換帶來的擾動，保證裝置的平穩操作，因而深受操作人員的歡迎。通過對延遲焦化裝置控制器投用期間和未投用期間的數據進行對比分析，我們可以對先進控制器的投用效果得到一個初步的結果。6.1反應系統控制器控制器投用后, 加熱爐各主要溫度點的波動范圍都有明顯減少，見圖1、2 。對加熱爐數據進行整理后結果見表4，爐出口溫度和爐氧含量的比投用前明顯穩定，這樣可使爐熱效率提高，降低裝置能耗。表4反應系統投用先控前

18、后數據對比項目投用前平均值標準偏差投用后平均值標準偏差變化幅度%加熱爐出口溫度492.860.7877492.960.3298-58.4爐氧含量%3.510.35022.920.2393-31.46.2分餾系統控制器對于焦化裝置來說，最大的擾動來自于焦炭塔的切換，先進控制器的首要任務就是充分利用其模型預測和多變量協調的特點，抵御焦炭塔切換帶來的擾動，保證裝置的平穩操作。先進控制器投用后，各重要CV的波動明顯減小，即使在焦炭塔切換時也很少發生超限的情況。先進控制器投運后，分餾塔的操作不需人工干預，幾個分餾塔的主要控制參數明顯較投運前平穩，見圖3、4。整理后數據如下表5。 表5分餾系統投用先控前后

19、數據對比項目投用前平均值標準偏差投用后平均值標準偏差變化幅度%分餾塔底溫度373.356.615373.633.75543.2分餾塔底液位52.683.94452.792.34440.6分餾塔頂溫度99.783.913101.771.45662.8柴油抽出溫度237.268.103233.823.10461.7蠟油抽出溫度355.735.625358.183.90330.66.3 提高產品質量焦化汽油、柴油和蠟油都不是最終產品，還要進一步進行加工，因此對產品的質量控制沒有其它裝置嚴格。APC控制器中提供了汽油90點、柴油90點和蠟油的10點的工藝計算，并用實驗室分析數據校正，用作汽油與柴油及柴

20、油與蠟油切割的工藝指標，實時地調整操作參數，以實現卡邊操作，增加高價值產品的收率。并通過控制油品的抽出溫度來保證油品質量達標。從表6投用先控前后汽柴油質量對比對比表和圖5、6中可以看到，控制器投用以后，產品質量更接近指標上限，汽油和柴油干點的波動明顯降低，汽油干點和柴油干點的平均值分別提高了2.54和1.17，增加了柴油的收率。表6投用先控前后汽柴油質量對比項目投用前平均值標準偏差投用后平均值標準偏差變化幅度%汽油干點191.385.366193.925.24343.2汽油干點指標195195柴油干點356.204.155357.373.43217.4柴油干點指標3653656.4提高裝置處理量 在滿足加熱爐能力約束的前提下，通過預測焦炭塔的最終生焦高度可及時調整裝置的進料量，提高焦炭塔的最終料位，從而提高裝置的處理量。這里僅對提高裝置處理量的優化操作進行了功能測試。測試結果如下： 項目優化功能前優化功能后前后對比新鮮進料量66879 kg/h68029 kg/h1150 kg/h 以提高裝置處理量為目標的優化功能投用后，新鮮進料量逐漸從66879 kg/h提高到68029 kg/h，此時由于分餾塔底液位超上限，所以APC控制器不再向上推新鮮進料量。可以看出