(青島麗東化工有限公司，山東青島266500)

1 引言

先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）是流程企業(yè)綜合自動化的重要組成部分，是一種對生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制。常規(guī)集散控制系統(tǒng)(DCS)，控制方案以單回路和串級回路PID控制為主，先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）在此基礎(chǔ)上，對控制變量實(shí)行多變量模型預(yù)估控制，提高了控制系統(tǒng)的整體化、智能化。同時(shí)，石化工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜，建立精確數(shù)學(xué)模型非常困難，而預(yù)估控制技術(shù)降低了對模型精度的要求，使多變量控制技術(shù)應(yīng)用于石化生產(chǎn)裝置成為可能[1]。

2 工藝流程及特點(diǎn)

青島麗東化工有限公司芳烴聯(lián)合裝置采用美國UOP公司專利許可技術(shù)，主要包括石腦油重整、二甲苯模擬移動床吸附分離等，設(shè)計(jì)年產(chǎn)苯和甲苯40萬t，對二甲苯（PX）63萬t。折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，2011年綜合能源消耗共計(jì)117.94萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中燃料氣消耗為116.08萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，占總能耗的98.02%。因此，對燃料氣使用進(jìn)行研究和節(jié)約，具有重要意義。

為節(jié)約能源，充分利用各溫位熱源，二甲苯分離系統(tǒng)采用熱聯(lián)合技術(shù)。二甲苯塔在芳烴聯(lián)合裝置生產(chǎn)流程中處于承上啟下的位置，同時(shí)二甲苯塔處理量大，溫位高，在聯(lián)合裝置運(yùn)行中先開工、后停工。因此，設(shè)計(jì)時(shí)將二甲苯塔作為熱聯(lián)合流程中的熱源輸出塔，其他較小的精餾塔作為熱源接受塔，起到節(jié)約能源、充分利用各溫位熱源的作用。圖1為二甲苯塔的流程示意圖。

二甲苯再沸器加熱爐熱負(fù)荷大，設(shè)計(jì)負(fù)荷46.98mmkcal/Hr，是整個(gè)裝置能源消耗最大的設(shè)備，2011年平均燃?xì)庀?7156Nm3/hr，占全廠燃料氣消耗的26%，控制其平穩(wěn)運(yùn)行對節(jié)能具有重要意義。同時(shí)，由于負(fù)擔(dān)向多個(gè)精餾塔提供的熱源的任務(wù)，二甲苯塔的操作影響范圍大，是全廠平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

3 控制策略

3.1 原理

DMCplus技術(shù)采用多變量模型預(yù)測控制中的動態(tài)矩陣控制算法（DMC），基本思想是采用過程模型預(yù)測未來。與傳統(tǒng)PID控制算法不同，該算法不但利用當(dāng)前時(shí)刻和過去時(shí)刻輸出測量值和設(shè)定值的偏差，而且還利用預(yù)測模型來預(yù)估過程未來時(shí)刻的偏差值，采用滾動優(yōu)化的方法確定當(dāng)前的最優(yōu)控制過程[2]。根據(jù)作用和性質(zhì)不同，將變量分為三類：一是控制目標(biāo)，即被控變量（CV）。二是采取的控制手段，即操作變量（MV）。三是可以被測量到但是不能被操縱，有對CV有影響的變量，稱為干擾變量（DV）。

3.2 設(shè)計(jì)方案

二甲苯塔的作用是脫除進(jìn)料中的C9+，保證模擬移動床分離單元的進(jìn)料C9＜500PPM，同時(shí)塔底二甲苯損失盡量小，控制目標(biāo)是OX＜4.0%。二甲苯塔的靈敏板溫度指示在塔的下部，選用溫差作為被控變量，對塔底OX含量進(jìn)行調(diào)節(jié)：如果塔底OX含量高，就需要提高塔上下部溫差。同時(shí)，二甲苯塔進(jìn)料來源多，變化頻繁，如果用回流比作為被控變量，波動太多無法控制。因此，選擇回流量作為被控變量，而不是回流比，來對塔頂C9含量進(jìn)行控制。由于塔底壓力控制閥實(shí)際控制的是塔頂蒸汽給抽出塔作再沸器熱源的流量，該控制閥開度必須平穩(wěn)，也要列入被控變量。

圖1 二甲苯塔流程示意圖

二甲苯再沸加熱爐先進(jìn)控制的目的在保持平穩(wěn)的前提下降低過剩氧含量和爐膛負(fù)壓，以提高加熱爐效率，節(jié)約燃料。

設(shè)定的控制參數(shù)見表1。

4 應(yīng)用效果分析

在完成先進(jìn)控制系統(tǒng)的軟、硬件安裝、調(diào)試后，于2011年8月份投入使用。經(jīng)過2012年的觀察運(yùn)行，除開、停工過程、二甲苯塔增加或減少一路進(jìn)料等極端波動需要摘除外，先進(jìn)控制系統(tǒng)都可以正常運(yùn)行，投用率達(dá)到95%以上。

4.1 二甲苯塔控制器效果分析

圖2和圖3是投用前后的部分參數(shù)波動情況。

圖2 二甲苯塔部分操作參數(shù)波動變化

由圖2中可以看出，投用后，反映二甲苯塔操作狀況的塔頂溫度、塔底溫度、塔頂壓力、回流量都明顯變小，這可以大大減輕操作員的操作強(qiáng)度。由圖3中可以看出靈敏板溫差波動變小，意味著塔底物料中的OX含量波動減小，雖然采樣分析不可能反映出這一變化，但是可以減少操作員的巡回檢查頻次，調(diào)整操作時(shí)，可以作更小范圍的調(diào)節(jié)，減少波動幅度和次數(shù)。塔底溫度、塔頂溫度和塔頂壓力控制閥開度波動變小，反映出二甲苯塔向其他精餾塔提供熱源也變穩(wěn)定，更有利于操作調(diào)整，大大提高裝置運(yùn)行的平穩(wěn)率。

圖3 二甲苯塔部分操作參數(shù)波動變化

4.2 加熱爐控制器效果分析

加熱爐各操作參數(shù)在先進(jìn)控制器投用前后進(jìn)行對比，見圖4、圖5和圖6。

圖4 二甲苯塔再沸加熱爐過剩氧波動變化

圖5 二甲苯塔再沸加熱爐爐膛負(fù)壓波動變化

圖6 二甲苯塔再沸加熱爐爐燃料氣流量波動變化

由圖4和圖5中可以看出，加熱爐波動減小，特別是爐膛負(fù)壓，變化更為明顯，波動減小并且略有下降，A爐B爐的爐膛負(fù)壓下降都在0.75mmH2O。這說明投用先進(jìn)控制器，不但調(diào)節(jié)操作更平穩(wěn)，而且對提高加熱爐效率也有明顯作用。圖6是在保持裝置進(jìn)料量不變（二甲苯塔進(jìn)料總計(jì)41t/Hr，設(shè)計(jì)進(jìn)料值范圍是36.5～41.5t/Hr）的情況下對加熱爐先進(jìn)控制器是否投用的燃料氣消耗值對比。投用前燃料氣流量平均值是A爐9050Nm3/Hr，B爐8890Nm3/Hr。投用后，A爐8920Nm3/Hr，B爐8730Nm3/Hr。兩臺加熱爐燃?xì)庀臏p小共計(jì)約290 Nm3/Hr，減小幅度約為1%。用等熱值LPG計(jì)算，燃料氣價(jià)格為2.21元/Nm3，每年可以節(jié)約燃料氣費(fèi)用約為561萬元/年。

5 結(jié)語

先進(jìn)控制系統(tǒng)的投用，減輕了操作員的勞動強(qiáng)度，提高了裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性，節(jié)約燃料氣成本561萬t/a，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]袁璞煉油過程先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用（J）石油煉制與化工，1994,25（10）：29-33.

[2]薛耀峰先進(jìn)過程控制技術(shù)及應(yīng)用（J）自動化博覽，，2004,06：5-10.