延遲焦化的操作特點

1延遲焦化的操作特點前言隨著把握理論的進展、計算機性能的提高，一些簡潔的高級把握方法〔即先進把握技術〕不斷涌現(xiàn)，以解決時變性強、強耦合、非線性和大時滯等過程把握問題。在這些型的把握技術中，最為突出的是(MPC)出軌跡與期望軌跡的距離，作為把握質量指標，求得最優(yōu)的把握策略。反響校正、在線滾動優(yōu)化，以解LP/QP技術，將過程推向約束的極限。利用先進把握技術滿足裝置安全平穩(wěn)操作的要求、提高裝置加工力氣和高附加值產品收率,是國內外煉化汽油普遍承受的技術手段,目前國內先進把握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(xù)又間歇的生產特點，目前國內尚無成功的焦扮裝置先進把握經驗。隨著中石化股份公司APC2023年7月該工程試啟動，隨后投入試運行。迄今為止，該工程運行性能良好，完全到達了預期的增加裝置的抗干擾力氣,提高目的產品收率和削減能耗的把握效果。焦扮裝置概述生產工藝簡介福建煉化公司6024小時，除焦周期進展冷焦、除焦、試壓、預熱和換塔等步驟操作。裝置原料為減壓渣油，補充局部催化油漿，主要產品包括焦化干氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦。裝置把握系統(tǒng)為Honeywell公司的TPS，先控平臺為APPNODE。先進把握軟件使用HoneywellRMPCT。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10-1℃熱爐熱負荷，爐出口溫度產生擾動。因此，進展焦炭塔周期性切換操作時，為削減擾動，保證操作平穩(wěn)和質量合格，應對操作過程進展調整。,如塔的預熱和切換要緩慢，加熱爐溫度要燒高，調整分餾塔底和蒸發(fā)段的溫度,適當降低產品出裝置流量等。在以PID把握為主的回路把握狀況下，往往操作在偏離最優(yōu)的保守狀態(tài)，需要人工關心操作，或切為手動，憑閱歷調整，調整效能差，時間長，不能充分發(fā)揮裝置的潛力,迫切需要實施先進把握。焦扮裝置先進把握器把握策略多變量預估把握器是一個具有多變量、多目標的把握器，在正常生產過程中，該把握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(tài)。在建立焦扮裝置多變量預估把握器的過程中，依據(jù)裝置的特點，考慮到分餾上部對穎進料、分餾塔底部、加熱爐、焦碳塔四大局部的影響較弱，因而在把握策略上把流程分為反響、分餾兩局部，分別用兩個把握器實現(xiàn)先進把握。反響局部包括原料預熱，加熱爐，焦炭塔，分餾塔重蠟油集油箱以下局部。分餾局部包括分餾塔重蠟油集油箱以上局部。將響應時間常數(shù)較小的反響局部用一個把握器把握，而將響應時間常數(shù)較大的分餾局部用另一個把握器把握，可加快加熱爐把握器的響應速度，還減小了把握矩陣的維數(shù)，可得到較好的把握品質。以到達平穩(wěn)操作，著重于抵抗焦炭塔切換帶來的干擾；保證產品質量，降低質量波動；依據(jù)裝置的原料供給狀況，在不違反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展優(yōu)化；降低焦炭收率和降低裝置能耗等主要目標。把握器主要模型的選取思路：循環(huán)比轉變對流進分餾塔上、下進料量的比例可轉變聯(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力氣，增加輕油、焦炭和氣體收率，但總液收削減，因此，聯(lián)合循環(huán)比是權衡裝置處理力氣和產品分布的關鍵變量。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力氣。因此，在這個部位，APC把握器的首要目標是在各種約束均能滿足的前提下，將聯(lián)合循環(huán)比把握在合理的范圍內，并加強APC把握器的抗干擾力氣，特別是補償塔切換擾動的力氣。爐出口溫度爐出口溫度是加熱爐最主要的把握指標，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56〔相對值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(wěn)定是相當重要的。而且承受調整爐出口溫度的上限的操作策略，依據(jù)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把握器的最主要任務是平穩(wěn)爐出口溫度，使其更接近上下限，有利于降低焦炭產量或提高處理量，并兼顧煙氣氧含量。焦炭塔周期性操作抑制周期性操作的干擾是對APC把握器的重要要求，焦炭塔的操作的干擾大事的幅度大、持續(xù)時間長，大事的模型的精度也格外有限，因此在設計把握器時必需抓住抑制干擾的要點，著重抑制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(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，大吹汽時油氣產物流量的下降也難以度量，因此，在APC把握器中，我們將這幾個周期性的擾動定義為大事擾動，由塔中某三個測溫點溫度變化的斜率觸發(fā)。焦炭塔切換的三個大事的擾動幅度、變化特性及持續(xù)時間都不一樣，因此針對不同大事的特點必須制定合理出相應的把握策略。預熱在預熱暖塔階段，老塔的操作狀態(tài)并未轉變，但因局部油氣用于塔預熱，進入分餾塔的熱量和物料削減，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到達平衡。最初，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，隨塔壓力的增高，流量削減，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。有閱歷的操作員傾向于承受分階段轉變暖塔閥位的策略，以削減物料變化的干擾，但調整閥位的頻率和幅度均無統(tǒng)一的標準。使用APC把握器的抵抗大事干擾的最根本方法是將其假設為一個幅度按規(guī)律變化的擾動序列，作為把握器的前饋，而無統(tǒng)一的標準的操APC把握器抗干擾功能的先決條件。在其次個子階段中，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快速變小，但需經很長時間才能趨于穩(wěn)，在模型識別的過程中考察和建立標準化的操作員干預程序。切換塔當塔溫度升至360油氣線進分餾塔，這一階段稱為小吹汽。此時，塔內液相存量很低，反響進展得不完全，渣油的轉化率低，裂化產率低，然而，老塔內的高溫油品仍將連續(xù)反響，并被蒸汽汽提至分餾塔，分餾塔進料總量得到確定的補償。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(fā)。在現(xiàn)場可觀看到分餾塔人字擋板頂部溫度降低，而塔頂壓力、溫度上升，說明進入分餾塔的重組重量削減，而輕組重量增加的幅度很大。由于，老塔內油品大量蒸發(fā)導致焦炭塔內輕組重量削減，又由于無熱量輸入，蒸發(fā)導致溫度下降，蒸發(fā)量漸漸削減，焦炭塔塔壓和塔頂溫度開頭回落，15分鐘左右恢復到正常值。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；在其次個子階段，裂解反響30~45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其次子階段終止時的擾動幅度。大吹汽小吹汽完畢后，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。在大吹汽期間由于塔內液相料位低，裂解反響進展不充分，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削減，因此大吹汽期間消滅了最大干擾。隨著焦炭塔內液體料位不斷增高，裂解反應漸漸趨于充分，這一階段要經過約2小時到達平穩(wěn)。假設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(xù)時間成正比，因此，大吹汽階段模式識別主要是依據(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)大事的判據(jù)。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展裂解、縮合等反響，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，可能會消滅沖塔事故。為避開該現(xiàn)象的發(fā)生，焦炭塔設有中子料位儀，供給焦位到達三個不同高度時的時間。假設中子料位儀消滅焦位指示的時間過早，就可能會消滅沖塔事故，需準時從塔頂注入消泡劑降低泡沫層高度或削減進料量。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APC把握器可實時地推想最終焦高，并用中子料位儀校正，以提高推想值的牢靠性，為充分發(fā)揮焦炭塔的潛能供給了前提。產品質量裝置以柴油干點和蠟油10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(fā)生及原料的預熱，所涉及的調整手段有柴油回流、中段回流、蠟油循環(huán)的三個取熱量以及柴油、蠟油產品抽出量等，具有明顯的多變量的特點，APC把握器可更好地協(xié)調各調整變量的動作，實現(xiàn)質量卡邊操作。焦扮裝置還需能抵抗焦炭塔切換所帶來的對柴油、蠟油質量的重大擾動，因而，增加APC把握器抑制擾動的力氣對改善產品的質量把握也很重要。主要變量的選取CMD以分餾把握器為例，我們在分餾系統(tǒng)把握器選擇了13個操作變量作為把握目標，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，分餾塔把握器的有關變量見表13。位號描述TI7202.PV分餾塔頂溫度NAP90.PV90%點位號描述TI7202.PV分餾塔頂溫度NAP90.PV90%點FIC7201.OP頂循環(huán)回流流控閥位LCO90.PV90%點TI7911.PV柴油抽出溫度CGO10.PV10%TI7210.PV焦化蠟油抽出溫度2-分餾塔把握器MV列表位號位號描述FIC7201.SP分餾塔塔頂循環(huán)量FIC7207.SPFIC7207.SP貧柴油吸取劑流量FIC7201.OP頂循環(huán)回流流控閥位LCO90.PVTI7911.PV柴油抽出溫度位號描述SW01ST焦炭塔暖塔大事SW011ST焦炭塔改平衡大事SW02ST焦炭塔大吹汽大事位號描述SW01ST焦炭塔暖塔大事SW011ST焦炭塔改平衡大事SW02ST焦炭塔大吹汽大事先控運行效果反響系統(tǒng)把握器和分餾塔把握器分別于2023629715行，操作人員已經把握了先進把握器的操作方法，通過給各個CV、MV設定合理的上下限，先進把握器就能夠將CV把握在給定的范圍內，MV也約束在范圍內。先進把握器投用后，不需要人工調整，就能夠抵抗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送。通過對延遲焦扮裝置把握器投用期間和未投用期間的數(shù)據(jù)進展比照分析，我們可以對先進把握器的投用效果得到一個初步的結果。反響系統(tǒng)把握器把握器投用后,加熱爐各主要溫度點的波動范圍都有明顯削減，見圖1、2。對加熱爐數(shù)據(jù)進展整理后結果見表4，爐出口溫度和爐氧含量的比投用前明顯穩(wěn)定，這樣可使爐熱效率提高，降低裝置能耗。4反響系統(tǒng)投用先控前后數(shù)據(jù)比照工程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492.860.7877492.960.3298-58.4口溫度℃3.510.35022.920.2393-31.4量%圖1加熱爐出口溫度比照圖圖1加熱爐出口溫度比照圖爐出口505500495490485投用前投用后圖2氧含量比照圖8％氧 含量 420投用前投用后分餾系統(tǒng)把握器對于焦扮裝置來說，最大的擾動來自于焦炭塔的切換，先進把握器的首要任務就是充分利用其模型推想和多變量協(xié)調的特點，抵抗焦炭塔切換帶來的擾動，保證裝置的平穩(wěn)操作。先進把握器投用后，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)生超限的狀況。先進把握器投運后，分餾塔的操作不需人工干預，幾個分餾塔的主要把握參數(shù)明顯較投運前平穩(wěn)，見圖3、45。5分餾系統(tǒng)投用先控前后數(shù)據(jù)比照工程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373.356.615373.633.755－43.2溫度℃分餾塔底52.683.94452.792.344－40.6液位％分餾塔頂99.783.913101.771.456－62.8溫度℃柴油抽出237.268.103233.823.104－61.7溫度℃蠟油抽出355.735.625358.183.903－30.6溫度℃圖3圖3分餾塔底溫度比照圖395塔底385375365355投用前投用后圖4分餾塔底液位比照圖70分餾塔605040投用前投用后提高產品質量焦化汽油、柴油和蠟油都不是最終產品，還要進一步進展加工，因此對產品的質量把握沒有其它裝置嚴格。APC909010％點的工藝計算，并用試驗室分析數(shù)據(jù)校正，用作汽油與柴油及柴油與蠟油切割的工藝指標，實時地調整操作參數(shù)，以實現(xiàn)卡邊操作，增加高價值產品的收率。并通過把握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比照比照表和圖5、6中可以看到，把握器投用以后，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2.541.17℃，增加了柴油的收率。6投用先控前后汽柴油質量比照工程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℃汽油干點指標℃191.38≯1955.366193.92≯1955.243－43.2柴油干點℃356.204.155357.373.432－17.4柴油干點指標℃≯365≯365圖5汽油干點比照圖圖5汽油干點比照圖汽油干點210190170投用前投用后圖6柴油干點比照圖圖6柴油干點比照圖柴油干點370360350340330投用前投用后提高裝置處理量工程穎進料量優(yōu)化功能前66879kg/h優(yōu)化功能后工程穎進料量優(yōu)化功能前66879kg/h優(yōu)化功能后68029kg/h前后比照1150kg/h圖7穎進料量比照圖7穎進料量比照69000鮮68000進kg/6700066000投用前投用后以提高裝置處理量為目標的優(yōu)化功能投用后，穎進料量漸漸從66879kg/h68029kg/h，此時由于分餾塔底液位超上限，所以APC把握器不再向上推穎進料量。可以看出，該把握器能夠在