延遲焦化的操作特點(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)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(fā)展、計算機(jī)性能的提高，一些復(fù)雜的高級控制方法（即先進(jìn)控制技術(shù)）不斷涌現(xiàn)，以解決時變性強(qiáng)、強(qiáng)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(shù)中，最為突出的是模型預(yù)估控制技術(shù)。模型預(yù)估控制(MPC)是用多變量線性模型來描述過程的動態(tài)特性，用模型預(yù)測過程輸出軌跡與希望軌跡的距離，作為控制質(zhì)量指標(biāo)，求得最優(yōu)的控制策略。反饋校正、在線滾動優(yōu)化，以解決大時遲、強(qiáng)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(wěn)態(tài)LP/QP技術(shù)，將過程推向約束的極限。利用先進(jìn)控制技術(shù)滿足裝置安全平穩(wěn)操作的要求 、提高裝置加工

2、能力和高附加值產(chǎn)品收率,是國內(nèi)外煉化汽油普遍采用的技術(shù)手段,目前國內(nèi)先進(jìn)控制技術(shù)主要應(yīng)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(jié)焦又不結(jié)焦、既連續(xù)又間歇的生產(chǎn)特點，目前國內(nèi)尚無成功的焦化裝置先進(jìn)控制經(jīng)驗。隨著中石化股份公司APC推廣應(yīng)用項目的啟動，福建煉化延遲焦化先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。2004年7月該項目試啟動，隨后投入試運(yùn)行。迄今為止，該項目運(yùn)行性能良好，完全達(dá)到了預(yù)期的增強(qiáng)裝置的抗干擾能力,提高目的產(chǎn)品收率和減少能耗的控制效果。2 焦化裝置概述2.1生產(chǎn)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(chǎn)工藝，切換周期為24小時，除焦周期進(jìn)行冷焦、除焦、試壓、預(yù)熱和換塔

3、等步驟操作。裝置原料為減壓渣油，補(bǔ)充部分催化油漿，主要產(chǎn)品包括焦化干氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦。裝置控制系統(tǒng)為Honeywell公司的TPS，先控平臺為APP NODE。先進(jìn)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(tài)周期性切換,物料和熱量損失較大，該過程使進(jìn)入分餾塔的物料和熱能輸入量明顯下降，分餾塔底、蒸發(fā)段溫度隨之下降（約10-15），進(jìn)而影響到產(chǎn)品的分布和餾出口質(zhì)量，并使加熱爐熱負(fù)荷，爐出口溫度產(chǎn)生擾動。因此，進(jìn)行焦炭塔周期性切換操作時，為減少擾動，保證操作平穩(wěn)和質(zhì)量合格，應(yīng)對操作過程進(jìn)行調(diào)整。為了保證平穩(wěn)操作，產(chǎn)品質(zhì)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(yù)熱和切換要緩慢，加熱爐溫度要燒高，調(diào)節(jié)分餾塔底和蒸發(fā)段的溫度,適當(dāng)降低產(chǎn)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(yōu)的保守狀態(tài)，需要人工輔助操作，或切為手動，憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效能差，時間長，不能充分發(fā)揮裝置的潛力,迫切需要實施先進(jìn)控制。3焦化裝置先進(jìn)控制器控制策略 多變量預(yù)估控制器是一個具有多變量、多目標(biāo)的控制器，在正常生產(chǎn)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(nèi)，始終處于受控狀態(tài)。在建立焦化裝置多變量預(yù)估控制器的過程中，根據(jù)裝置的特點，考慮到分餾上部對新鮮進(jìn)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(yīng)、分餾兩部分，分別用兩個控制器實現(xiàn)先進(jìn)控制。反應(yīng)部分包括原料預(yù)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(yīng)時間常數(shù)較小的反應(yīng)部分用一個控制器控制，而將響應(yīng)時間常數(shù)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(yīng)速度，還減小了控制矩陣的維數(shù)，可得到較好的控制品質(zhì)。以達(dá)到平穩(wěn)操作，著重于抵御焦炭塔切換帶來的干擾；保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低質(zhì)量波動；根據(jù)裝置的原料供應(yīng)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(jìn)行優(yōu)化；降低焦炭收率和降

6、低裝置能耗等主要目標(biāo)。4 控制器主要模型的選取思路：4.1循環(huán)比改變對流進(jìn)分餾塔上、下進(jìn)料量的比例可改變聯(lián)合循環(huán)比，聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)比是權(quán)衡裝置處理能力和產(chǎn)品分布的關(guān)鍵變量。焦炭塔塔切換會使聯(lián)合循環(huán)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(jìn)料的流量和溫度的波動，導(dǎo)致加熱爐進(jìn)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(biāo)是在各種約束均能滿足的前提下，將聯(lián)合循環(huán)比控制在合理的范圍內(nèi)，并加強(qiáng)APC控制器的抗干擾能力，特別是補(bǔ)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(biāo)，對裝置的焦炭產(chǎn)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(chǎn)量可下降6%（相對值），但爐管結(jié)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(jié)焦的傾向低，加熱爐的負(fù)荷也低，提高加熱爐出口溫度后焦炭產(chǎn)量下降的幅度大，因此，保證加熱爐出口溫度的穩(wěn)定是相當(dāng)重要的。而且采用調(diào)整爐出口溫度的上限的操作策略，根據(jù)原料性質(zhì)及爐管的結(jié)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(wù)是平穩(wěn)爐出口溫度，使其更接近上下限，有利于降低焦炭產(chǎn)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(xù)時間長，事件的模型的精度也十分有限，因此在設(shè)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(dāng)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(jìn)入分餾塔過熱段的熱量和物料會發(fā)生較大變化，給系統(tǒng)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(chǎn)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(fā)。焦炭塔切換的三個事件的擾動幅度、變化特性及持續(xù)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(yīng)的控制策略。4.3.1預(yù)熱 在預(yù)熱暖塔階段，老塔的操作狀態(tài)并未改變，但因部分油氣用于新塔預(yù)熱，進(jìn)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(nèi)兩個焦炭塔的壓力未達(dá)到平衡。最初，新塔內(nèi)壓力很低，在某一暖塔閥位下，會因壓差大，產(chǎn)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(wěn)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(xù)1小時。有經(jīng)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(diào)整閥位的頻率和幅度均無統(tǒng)一的規(guī)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(shè)為一個幅度按規(guī)律變化的擾動序列，作為控制器的前饋，而無統(tǒng)一的規(guī)范的操作員干預(yù)是無法建模，無法處理的。因此，必須首先建立規(guī)范化的操作員干預(yù)程序，以達(dá)到實現(xiàn)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(jīng)很長時間才能趨于穩(wěn)定。建立暖塔事件模型的首要任務(wù)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(guī)范化的操作員干預(yù)程序。4.3.2切換塔 當(dāng)新塔溫度升至360后進(jìn)行塔切換，原料進(jìn)入新塔，并向老

11、塔蒸汽，新塔和老塔頂部的油氣同時經(jīng)油氣線進(jìn)分餾塔，這一階段稱為小吹汽。此時，新塔內(nèi)液相存量很低，反應(yīng)進(jìn)行得不完全，渣油的轉(zhuǎn)化率低，裂化產(chǎn)率低，然而，老塔內(nèi)的高溫油品仍將繼續(xù)反應(yīng)，并被蒸汽汽提至分餾塔，分餾塔進(jìn)料總量得到一定的補(bǔ)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(jìn)入高溫的焦炭塔，使塔內(nèi)烴分壓陡然下降，輕質(zhì)油品大量蒸發(fā)。在現(xiàn)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(jìn)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(nèi)油品大量蒸發(fā)導(dǎo)致焦炭塔內(nèi)輕組分量減少，又由于無熱量輸入，蒸發(fā)導(dǎo)致溫度下降，蒸發(fā)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(fù)到正常值。在這一子階段中，補(bǔ)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(fù)荷，后者著重增加塔下部的冷卻負(fù)荷；在第二個子階段，裂解反應(yīng)及產(chǎn)物蒸發(fā)消耗熱量，致使老塔的溫度下降，裂解反應(yīng)及產(chǎn)物蒸發(fā)隨之減少，持續(xù)時間約3045分鐘。我們對小吹汽階段模式識別的要點是設(shè)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(jié)束后，關(guān)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(nèi)液相料位低，裂解反應(yīng)進(jìn)行不充分，生成的油氣產(chǎn)物少，故進(jìn)入分餾塔的熱量和物料較小吹汽末期進(jìn)一步減少，因此大吹汽期間出現(xiàn)了最大干擾。隨著焦炭塔內(nèi)液

13、體料位不斷增高，裂解反應(yīng)逐漸趨于充分，這一階段要經(jīng)過約2小時達(dá)到平穩(wěn)。如果假設(shè)液體在焦炭塔內(nèi)的轉(zhuǎn)化與液位成正比，則在這一期間內(nèi)，進(jìn)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(xù)時間成正比，因此，大吹汽階段模式識別主要是根據(jù)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(fā)事件的判據(jù)。4.4焦高 原料油經(jīng)輻射段加熱后，經(jīng)四通閥進(jìn)入焦碳塔底部。高溫焦化油在焦炭塔內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行裂解、縮合等反應(yīng)，生成焦炭和油氣。隨著焦炭塔累計進(jìn)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(xiàn)沖塔事故。為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，焦炭塔設(shè)有中子料位儀，提供焦位達(dá)到三個不同高度時的時間。若中子料位儀出現(xiàn)焦位指示的

14、時間過早，就可能會出現(xiàn)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(jìn)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(dāng)?shù)亟o定裝置進(jìn)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(yù)測最終焦高，并用中子料位儀校正，以提高預(yù)測值的可靠性，為充分發(fā)揮焦炭塔的潛能提供了前提。4.5 產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量。改善這兩種產(chǎn)品的切割，增產(chǎn)高價值的柴油是分餾塔的主要操作目標(biāo)之一，但還需兼顧蒸汽的發(fā)生及原料的預(yù)熱，所涉及的調(diào)節(jié)手段有柴油回流、中段回流、蠟油循環(huán)的三個取熱量以及柴油、蠟油產(chǎn)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(xié)調(diào)各調(diào)節(jié)變量的動作，實現(xiàn)質(zhì)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(zhì)量的重大擾動，因而，增強(qiáng)APC控制器克服擾動的能力對改善產(chǎn)品的質(zhì)量控制也很重要。5主要變量的選取多變量預(yù)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(tǒng)控制器選擇了13個操作變量作為控制目標(biāo)，8個受控變量作為受控指標(biāo)，5個干擾變量作為計算和預(yù)估，分餾塔控制器的有關(guān)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(huán)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(huán)量FIC7207.SP貧柴油吸收劑流量FIC7201.OP頂循環(huán)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(yè)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(yùn)行效果反應(yīng)系統(tǒng)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(jīng)過一段

17、時間的運(yùn)行，操作人員已經(jīng)掌握了先進(jìn)控制器的操作方法，通過給各個CV、MV設(shè)定合理的上下限，先進(jìn)控制器就能夠?qū)V控制在給定的范圍內(nèi)，MV也約束在范圍內(nèi)。先進(jìn)控制器投用后，不需要人工調(diào)節(jié)，就能夠抵御焦炭塔切換帶來的擾動，保證裝置的平穩(wěn)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(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，我們可以對先進(jìn)控制器的投用效果得到一個初步的結(jié)果。6.1反應(yīng)系統(tǒng)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(shù)據(jù)進(jìn)行整理后結(jié)果見表4，爐出口溫度和爐氧含量的比投用前明顯穩(wěn)定，這樣可使?fàn)t熱效率提高，降低裝置能耗。表4反應(yīng)系統(tǒng)投用先控前

18、后數(shù)據(jù)對比項目投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(jìn)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，抵御焦炭塔切換帶來的擾動，保證裝置的平穩(wěn)操作。先進(jìn)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(fā)生超限的情況。先進(jìn)控制器投運(yùn)后，分餾塔的操作不需人工干預(yù)，幾個分餾塔的主要控制參數(shù)明顯較投運(yùn)前平穩(wěn)，見圖3、4。整理后數(shù)據(jù)如下表5。 表5分餾系統(tǒng)投用先控前后

19、數(shù)據(jù)對比項目投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品質(zhì)量焦化汽油、柴油和蠟油都不是最終產(chǎn)品，還要進(jìn)一步進(jìn)行加工，因此對產(chǎn)品的質(zhì)量控制沒有其它裝置嚴(yán)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(shù)據(jù)校正，用作汽油與柴油及柴

20、油與蠟油切割的工藝指標(biāo)，實時地調(diào)整操作參數(shù)，以實現(xiàn)卡邊操作，增加高價值產(chǎn)品的收率。并通過控制油品的抽出溫度來保證油品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。從表6投用先控前后汽柴油質(zhì)量對比對比表和圖5、6中可以看到，控制器投用以后，產(chǎn)品質(zhì)量更接近指標(biāo)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(zhì)量對比項目投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差變化幅度%汽油干點191.385.366193.925.24343.2汽油干點指標(biāo)195195柴油干點356.204.155357.373.43217.4柴油干點指標(biāo)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(yù)測焦炭塔的最終生焦高度可及時調(diào)整裝置的進(jìn)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(yōu)化操作進(jìn)行了功能測試。測試結(jié)果如下： 項目優(yōu)化功能前優(yōu)化功能后前后對比新鮮進(jìn)料量66879 kg/h68029 kg/h1150 kg/h 以提高裝置處理量為目標(biāo)的優(yōu)化功能投用后，新鮮進(jìn)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(jìn)料量?？梢钥闯?/p>