甲醇精餾裝置自動(dòng)控制研究與應(yīng)用

樊安靜 荊樹(shù)偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

甲醇精餾裝置自動(dòng)控制研究與應(yīng)用

樊安靜 荊樹(shù)偉 楊安成 張慶坤

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453731)

在石化行業(yè)，精餾裝置多數(shù)采用具有模型預(yù)測(cè)功能的自動(dòng)控制方案作為操作手段，利用卡邊原理對(duì)裝置各項(xiàng)工藝指標(biāo)進(jìn)行控制與優(yōu)化。而在以化肥生產(chǎn)為主的企業(yè)中，對(duì)于模型預(yù)測(cè)控制的應(yīng)用比較少見(jiàn)。某公司100kt/a甲醇精餾裝置為合成氨尿素生產(chǎn)系統(tǒng)余熱利用崗位，產(chǎn)品為含甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.99%的精甲醇，為合理控制甲醇精餾裝置的主要操作指標(biāo)、降低蒸汽消耗、減少操作人員工作量及提高自動(dòng)化控制水平，對(duì)甲醇精餾裝置進(jìn)行了自動(dòng)控制化實(shí)施與應(yīng)用。

1 研發(fā)內(nèi)容

(1)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化。利用現(xiàn)場(chǎng)已有的自控閥門(mén)，并結(jié)合自動(dòng)控制所需的現(xiàn)場(chǎng)儀表?xiàng)l件，現(xiàn)場(chǎng)新增加壓精餾塔和常壓精餾塔的進(jìn)料流量顯示、中壓蒸汽和低壓蒸汽壓力遠(yuǎn)傳信號(hào)顯示，便于模型控制器中對(duì)關(guān)鍵變量的控制。

(2)室內(nèi)微機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化。在室內(nèi)微機(jī)上安裝模型預(yù)測(cè)控制軟件及通訊軟件，并在系統(tǒng)組態(tài)中對(duì)模型需要控制的被控變量以及操作變量進(jìn)行中間位號(hào)增添，增添相應(yīng)的邏輯關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。

(3)優(yōu)化控制器的實(shí)現(xiàn)。建立各塔及附屬設(shè)備的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型，建立加壓精餾塔、常壓精餾塔的采出精甲醇水分含量質(zhì)量軟儀表。在模型預(yù)測(cè)控制器中通過(guò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立，完成多變量控制器的開(kāi)發(fā)與投運(yùn)。

2 研發(fā)過(guò)程及應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)工藝狀況分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)分析，對(duì)加壓精餾塔塔底及常壓精餾塔溫度的波動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定其為關(guān)鍵被控變量。裝置蒸汽來(lái)源主要為中、低壓蒸汽，為最大限度節(jié)約蒸汽，添加兩路蒸汽的流量與壓力測(cè)量，在此處做一個(gè)多變量的緩沖罐壓力控制，使用兩路蒸汽的壓力為干擾變量、兩路蒸汽的開(kāi)度閥為控制變量，減少管路蒸汽壓力波動(dòng)帶來(lái)的干擾，穩(wěn)定后塔蒸汽的使用壓力，防止各塔關(guān)鍵溫度出現(xiàn)過(guò)大波動(dòng)。

將控制器分為兩大控制器，預(yù)精餾塔子模型控制器與加壓精餾塔、常壓精餾塔子模型控制器，并對(duì)兩大控制器進(jìn)行技術(shù)整合，整合為一個(gè)大的整體控制器，從而用于各塔關(guān)鍵變量的控制。增加自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)率統(tǒng)計(jì)模塊，直觀反映自動(dòng)控制系統(tǒng)在線投運(yùn)率，便于效益測(cè)量統(tǒng)計(jì)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)具體改造實(shí)施

(1)現(xiàn)場(chǎng)蒸汽管線增加壓力變送器及流量計(jì)，便于控制系統(tǒng)的有效控制。

(2)加壓精餾塔和常壓精餾塔進(jìn)料加裝流量計(jì)，對(duì)入塔流量進(jìn)行控制。

(3)在室內(nèi)微機(jī)系統(tǒng)中安裝模型控制軟件MPC、通訊軟件OPCServer。

(4)進(jìn)行階躍測(cè)試，采集各變量關(guān)系，并建立各控制器模型。

(5)模型辨識(shí)，確定各變量權(quán)重關(guān)系，辨識(shí)模型，以確定模型。

(6)模型技術(shù)整合為一個(gè)大控制器模型。

(7)模型投運(yùn)與優(yōu)化。模型初步投運(yùn)效果良好，但在系統(tǒng)加減量操作過(guò)程中，不能有效控制，通過(guò)模型預(yù)測(cè)軟件內(nèi)部?jī)?yōu)化控制模塊解決了此問(wèn)題，最終可形成DCS控制界面。

3 應(yīng)用效果

在近6個(gè)月的模型投運(yùn)與優(yōu)化后，于2014年3月9日至29日對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了各項(xiàng)指標(biāo)考核，其中3月9日至19日為手動(dòng)控制運(yùn)行階段、3月19日至29日為自動(dòng)控制運(yùn)行階段。手動(dòng)、自動(dòng)控制下蒸汽消耗對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 手動(dòng)、自動(dòng)控制下蒸汽消耗對(duì)比

由表1可知，手動(dòng)、自動(dòng)控制下平均噸甲醇蒸汽消耗分別為0.754345t和0.724138t，則自動(dòng)控制運(yùn)行時(shí)比手動(dòng)控制運(yùn)行節(jié)約蒸汽4%。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)實(shí)施甲醇精餾裝置自動(dòng)控制，可大大減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，操作人員能將更多的精力投入到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的巡檢中，以提高設(shè)備的完好性。

(2)各指標(biāo)平穩(wěn)率得到提高，可有效降低工藝參數(shù)波動(dòng)，提高甲醇精餾裝置整體運(yùn)行平穩(wěn)率。

(3)根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)負(fù)荷，自動(dòng)控制投運(yùn)情況下蒸汽消耗量降低4%，年經(jīng)濟(jì)效益50萬(wàn)元左右。

(4)目前，自動(dòng)控制系統(tǒng)在甲醇精餾裝置中運(yùn)行情況良好，噸甲醇蒸汽消耗大幅降低。但在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面，未采用先進(jìn)的在線測(cè)量手段，需人工分析數(shù)據(jù)后反饋給閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的控制還有待進(jìn)一步提高。建議采用自動(dòng)控制時(shí)，應(yīng)盡量考慮使用在線測(cè)量反饋，從而快速有效指導(dǎo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

2014-08-05)