DCS控制系統(tǒng)在粗苯蒸餾工藝中的應(yīng)用

1、DCS控制系統(tǒng)在粗苯蒸餾工藝中的應(yīng)用 馮書輝 劉 剛(楚雄德勝煤化工有限公司，云南祿豐651200) 王光華（武漢科技大學(xué)，武漢430081） 袁孝志（重慶川儀工程技術(shù)有限公司，重慶400700) 粗苯蒸餾系統(tǒng)的控制是一個(gè)典型的多輸入、多輸出對(duì)象，工藝參數(shù)的相互耦合性強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間緩慢，滯后性強(qiáng)，工藝指標(biāo)在線測(cè)量難，具有明顯的時(shí)變性和非線性。針對(duì)上述控制難點(diǎn)，我們引入了DCS控制系統(tǒng)，較好地解決了粗苯生產(chǎn)中人工調(diào)節(jié)頻繁、調(diào)節(jié)不及時(shí)、不準(zhǔn)確、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了管式爐出口富油溫度、脫苯塔塔頂溫度等重要參數(shù)的自動(dòng)控制。 1 粗苯蒸餾工藝的控制難點(diǎn)1.1 脫苯塔頂溫度的控制

2、 脫苯塔頂溫度是粗苯蒸餾工藝中的重要控制指標(biāo)，它直接影響到粗苯的產(chǎn)量和質(zhì)量。其主要影響因素有過(guò)熱蒸汽溫度、過(guò)熱蒸汽流量、進(jìn)入脫苯塔的富油流量、管式爐進(jìn)出口的富油溫度、脫苯塔頂粗苯的回流量等。其中，管式爐出口的富油溫度又受到進(jìn)管式爐空氣流量、煤氣流量、煙囪吸力及管式爐熱傳導(dǎo)效率等因素的影響。在過(guò)熱蒸汽溫度較為穩(wěn)定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽進(jìn)入再生器的量，可在較大范圍內(nèi)控制脫苯塔頂?shù)臏囟?，但這種調(diào)節(jié)方式的滯后性較強(qiáng)；通過(guò)控制塔頂?shù)拇直交亓髁靠刂扑敎囟?，回流比控制?.53.5，但可調(diào)范圍較小。1.2 管式爐出口富油溫度的控制 管式爐出口富油溫度的影響因素有爐膛溫度、富油流量、富油進(jìn)入管式爐的溫度

3、、富油的比熱、管式爐的熱效率等。其中后三個(gè)因素的影響較小。由于焦?fàn)t換向和煤氣用戶用量的不均勻，煤氣流量較難控制，造成煤氣壓力波動(dòng)較大，影響的因素主要集中在富油流量和管式爐爐膛溫度的控制。 2 DCS系統(tǒng)及配置情況2.1 DCS系統(tǒng)概況 選用ABB Industrial ITFreelance控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，是面向工廠自動(dòng)化的新一代開放式DCS系統(tǒng)，全面支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全局一體化編程。系統(tǒng)通信為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的伸縮能力，系統(tǒng)編程采用國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)控制站采用符合技術(shù)要求的遠(yuǎn)程I/O ABB S800，并通過(guò)Profibus網(wǎng)關(guān)與控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

4、分為現(xiàn)場(chǎng)層和控制管理層。 （1）現(xiàn)場(chǎng)層。ABB S800遠(yuǎn)程I/O采用ProfiBus DP通信標(biāo)準(zhǔn)與AC 800F控制器進(jìn)行通信；現(xiàn)場(chǎng)智能儀表采用Prof iBus PA通信標(biāo)準(zhǔn)與AC 800F控制器進(jìn)行通信。 （2）控制管理層。采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制器及操作員站之間的通信；采用OPC數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)與集團(tuán)MIS管理系統(tǒng)接口。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰、高速；配置靈活、方便；網(wǎng)絡(luò)無(wú)節(jié)點(diǎn)限制；控制管理層100，現(xiàn)場(chǎng)層126（每條）；支持所有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線。2.2 DCS系統(tǒng)配置說(shuō)明 粗苯蒸餾系統(tǒng)配置一個(gè)過(guò)程控制站、一個(gè)工程師站、兩個(gè)操作站（一個(gè)放在粗苯操作室、一個(gè)放在廠長(zhǎng)辦公室

5、），并同整個(gè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為2層。第一層為現(xiàn)場(chǎng)控制層，采用ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議；第二層為中央監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信；系統(tǒng)通信采用TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)，通信速率為100MB?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。 圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1進(jìn)入再生器蒸汽流量的調(diào)節(jié)；2脫苯塔塔頂回流量的調(diào)節(jié)；3進(jìn)入管式爐蒸汽壓力的調(diào)節(jié)；4進(jìn)入管式爐煤氣流量的調(diào)節(jié)；5進(jìn)入管式爐煤氣壓力的調(diào)節(jié)；6脫苯塔溫度；7管式爐出口富油的溫度；8脫苯塔頂回流量；9進(jìn)入再生器的蒸汽流量；10進(jìn)入管式爐的蒸汽壓力；11進(jìn)入管式爐的煤氣流量；12進(jìn)入管式爐的煤氣壓力。 3 控制方案的設(shè)計(jì)

6、及實(shí)施3.1 DCS控制方案的設(shè)計(jì) 粗苯蒸餾生產(chǎn)的變量較多，一直是自動(dòng)控制的難點(diǎn)。用傳統(tǒng)的常規(guī)儀表監(jiān)控很難達(dá)到理想的效果。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集及豐富、靈活的組態(tài)功能，在ABB Industrial ITFreelance軟硬件平臺(tái)以及傳統(tǒng)控制和專家控制方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)粗苯蒸餾的工藝流程，并根據(jù)工藝參數(shù)的變化特點(diǎn)，將輸入的工藝參數(shù)分別進(jìn)行控制，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的物料、能量和汽液平衡，從而實(shí)現(xiàn)粗苯工藝的穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗。整個(gè)蒸餾系統(tǒng)控制流程如圖2所示。 圖2 粗苯蒸餾控制系統(tǒng)的流程示意圖3.2 DCS控制方案的實(shí)施 （1）在塔頂溫度的控制上，通過(guò)建立計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，調(diào)整函數(shù)的微分

7、和積分變量，以實(shí)現(xiàn)塔頂溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。即將塔頂粗苯回流量和進(jìn)入再生器的蒸汽量與塔頂溫度進(jìn)行連鎖反饋，根據(jù)專家調(diào)節(jié)方案，將進(jìn)入再生器的直接蒸汽量在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)塔頂溫度，將回流比嚴(yán)格控制在2.53.5的條件下，小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)塔頂溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 （2）在管式爐出口富油的溫度調(diào)節(jié)方面，將管式爐出口富油溫度與煤氣進(jìn)口流量進(jìn)行連鎖反饋。由于煤氣壓力波動(dòng)較大，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁且調(diào)節(jié)極不穩(wěn)定。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置了限位函數(shù)對(duì)煤氣壓力進(jìn)行條件反饋的調(diào)節(jié)。同時(shí)建立了計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)函數(shù)的模型。在煤氣壓力極不穩(wěn)定的情況下，通過(guò)控制煤氣流量來(lái)穩(wěn)定爐膛溫度，利用出口富油溫度對(duì)爐膛溫度的滯后性，建立兩階函數(shù)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)管式爐出口富油溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 表1 使用DCS系統(tǒng)前后的粗苯蒸餾參數(shù)項(xiàng) 目 脫苯塔頂溫度 管式爐出口富油溫度， 過(guò)熱蒸汽耗 量t/t粗苯 粗苯產(chǎn)量 t/d 粗苯180前餾出量 脫苯塔后貧油含苯 洗油耗量 kg/t粗苯 使用前 92±2.0 185±5 1.4 11.7 91.193.2 0.48 80100 使用后 92±0.5 185±1 0.9 13.5 94.395.0 0.26 6065 4 結(jié)論 粗苯蒸餾裝置的控制引入DCS系統(tǒng)后，效果明顯，引入DCS系統(tǒng)前后工藝指標(biāo)見表1。DCS系統(tǒng)應(yīng)用于粗苯蒸餾工藝后