常减压装置先进控制关键技术分析

常减压装置先进控制关键技术分析

李新华刘启超

山东东明石化润泽化工调度处274500

[摘要]：常减压装置在原油加工处于首要位置，同时在其过程中也是加工规模最大的工艺装置。自动化技术在石油化工企业生产过程应用越来越广泛，先进控制已成为石油化工企业提高产品质量和扩大生产的重要手段。本文在分析了常减压装置的控制方案相关技术，介绍鲁棒多变量预估控制原理，并研究了常压塔控制器的功能设计。中国论文网h

[关键词]：炼油厂，常减压装置，先进控制，结束改革

目前，石油化工企业对市场和生产环境的变化都表现出十分敏感的特性，以期获得最大的经济效益。世界各国的经验表明，先进控制技术是提高企业的经济效益、降低生产成本、提高其在国际市场中的创新力、应变力、适应力和综合竞争力的主要技术手段之一。常减压装置的主要任务是将原油分离成合格的产品或中间产品，是原油加工中重要的组成部分。本文就炼油厂中的常减压装置的先进控制技术的一些关键技术进行分析。

1常减压装置的工艺简介

常减压装置是炼油厂进行原油提炼的第一道工序，它的作用是从原油中提炼出各种燃料、润滑油、化工原料等产品。其基本原理主要是利用加热、分馏等物理方法分割不同沸点范围的汽油，柴油、溶剂油、航空煤油和重油等二次加工原料和产品。其特点是加工方法简单、成本低。因此，在保证产品质量的前提下，其一次拔出率的高低将直接影响到炼油厂的整体经济效益。常减压装置主要由原油电脱盐系统、原油换热系统、原油精馏系统和产品冷凝、冷却系统等几部分组成，其核心为原油精馏系统。生产上利用原油中各组分的沸点不同，将原油加热到一定温度，送入常压精馏塔，在塔的进料段进行一次汽化。汽化后，气相部分上升至塔的精馏段，液相部分下降至塔的提馏段，是此装置工艺原理。

2常减压装置先进控制关键技术分析

2.1常减压装置的控制方案

常减压装置控制系统的应用目的是平稳工艺操作，保证产品产量和质量。要达到此目的就必须保证装置的物料、气液相和热量的三大平衡。

(1)常规控制方案

常规控制方案是在经典控制理论的基础上形成的，在实际生产过程中，一般的常规控制回路主要由测量单元、以PID为基础建立的常规调节器、调节阀、检测元件和工艺对象等几部分组成。从其结构来分，主要有单回路、串级控制回路和复杂控制回路等几种。其控制模式主要有手动、自动和串级控制等，控制对象一般为压力、温度、流量和液位四大参数。该方案能基本满足系统对三大平衡的控制。但由于控制作用的预知性差、抗干扰能力不强，从而不能达到使产品的产量和质量最优的效果。但其有实施简单、控制直接的优点。

(2)先进控制方案

随着现代控制理论发展，应用现代控制理论以优化生产为目的的先进控制方案在工业生产中已得到了越来越广泛的应用，甚至成为企业提高产品质量、优化产品的最有效的手段之一。它是软测量仪表、先进控制器和常规控制回路的集成。正是由于有了软测量仪表和先进控制器的应用，一方面使得先进控制方案可直接控制产品质量；另一方面由于先进控制器的预知能力强、控制手段先进、使系统的抗干扰能力和鲁棒性均得以加强。系统大小可以根据需要，选用SISO(单入单出系统)、MISO(多入单出系统)或MIMO(多人多出系统)等，它的控制对象可以是四大参数，也可以是通过工艺计算和先进的数据处理方法单独或结合使用，以相应的四大参数及物料的密度、特性因素等物性参数为基础而计算出的关键工艺参数和产品质量控制指标。可用于建立先进控制器的方法很多，如解耦控制、自适应控制、鲁棒控制和基于模型的预测控制等，但在实际应用中则以实施简单、功能实用为主。目前，在炼油化工行业应用最广且效果最好的应属基于模型的预测控制方法。

常规控制的主要目的和任务是维持装置的平稳生产和产品质量的合格。随着DCS系统在炼油化工行业中的广泛应用，为常规控制功能的提高提供了强大的技术支持。从装置的角度来看，其主要参数的测量信号均送至中央控制室，由DCS系统进行控制操作。可以看出，在常减压装置的控制中串级控制是较复杂的常规控制，而常减压装置是过程变量高度耦合的工艺过程，以往都是靠操作人员凭经验实施干预控制，精度不高，劳动强度大，常规控制不能达到最佳效果。如果采用先进控制，能较好的解决这些问题。目前，国内外在常减压装置开发和应用的先进控制技术很多，这里主要介绍鲁棒多变量预估控制技术。

2.2鲁棒多变量预估控制技术分析

2.2.1模型预估控制基本原理

鲁棒多变量预估控制技术分析核心内容是预估控制，代表性的软件有DMCplus和鲁棒多变量预估控制技术，基本思想是采用过程模型预测未来时刻的输出，用对象实际输出与模型预测输出的差值修正过程模型，同时实现最优控制。预测控制的基本特征是[1，2]，预测模型，反馈校正，滚动优化等。预测控制的上述特点：预测模型、滚动优化和反馈校正，正好对应于一般控制理论中模型、控制、反馈概念。但是，由于预测控制对模型结构的不唯一性，使它可以根据过程的特点和控制要求，以最方便的方法在系统的输入输出信息中，建立起预测模型。

鲁棒多变量预估控制技术。简称RMPcT(RobustMultivariablePredictiveControlTechnology)，为变量之间相互关联的过程提供控制和优化。它属于基于模型的预测控制技术领域，其控制器由阶跃相应测试数据辨识而来的传递函数动态矩阵模型(预测模型)、反馈校正和滚动优化三部分组成。RMPCT的相关参数：RMPCT的输入和输出变量有被控变量、操作变量和扰动变量，是一个多变量输入与多变量输出控制系统，各种变量数的多少由过程控制的难易程度而定。RMPCT的特点有适应性和鲁棒性强。具有静态优化功能，良好的协调控制功能等。

2.2.2常压塔控制器的功能设计

常压塔产品质量的变化主要体现在产品抽出温度和热焓变化上。温度的变化是热量传递过程，热焓的变化是物料传质过程，而控制这些变化的手段多为流量控制。由于常压塔侧线馏出温度可以在相当程度上反映产品组分的轻重，可以分析出各侧线流量对各侧线产品质量的影响。这样，根据工艺过程可以确定各个变量在控制器中的位置，作用以及相互关系。常压塔的控制目标主要有：稳定操作，控制常压塔产品质量。提高目标产品收率；降低能耗。根据控制目标，很容易确定常压蒸馏系统的CV主要为质量指标。在实际操作中由于不具备使用在线分析仪直接测量质量指标的条件，因此采用控制温度。对常压蒸馏系统有影响的可控变量有：初馏塔顶回流、常压塔顶回流、常压塔顶循回流量、常一中回流量、常二中回流量、常一线温度、常二线温度、常三线温度、常压炉出口温度指标调节产品质量。对常压塔被控变量有影响的可控变量很多，在设定干扰变量时要考虑到其独立性和可实施性。对相互关联的变量，只取其中起初始作用的一个变量作为干扰变量。所以，按照以上的设计原则和步骤，分析常减压装置的工艺原理，就可以建立常减压蒸馏系统(初馏塔、常压炉和常压塔)为对象的RMPCT控制器。

3结语

常减压装置在原油加工处于首要位置，同时在其过程中也是加工规模最大的工艺装置。自动化技术在石油化工企业生产过程应用越来越广泛，先进控制已成为石油化工企业提高产品质量和扩大生产的重要手段。本文在分析了常减压装置控制的现状及原理基础上，结合常减压装置生产和控制要求，根据常减压装置工艺过程的特点，分析了鲁棒多变量预估控制技术特点，希望能够提高产品质量、操作安全的稳定性和产品的收率增加，同时也提高整个装置运行的安全性。