乙烯裂解急冷水pH 值自動控制技術

張晏崧

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163700)

急冷注堿單元是乙烯裂解生產中的重要環節之一，急冷水酸堿度波動問題長期困擾著國內石化企業。急冷水的pH 值過高，會使急冷水塔中的液體產生乳化現象。pH 值過低，會使急冷水和工藝水流經的設備產生腐蝕，嚴重影響生產裝置的使用壽命，特別是對換熱器的換熱管產生腐蝕，嚴重的甚至會使換熱管燒穿，造成整個裝置停車。

為保證生產裝置的長期平穩運行，有必要研發自動控制技術，對急冷水的pH 值實施自動控制。

1 pH 值自動控制系統硬件的開發

在硬件上改造急冷水和稀釋蒸汽發生系統以及堿罐配堿系統和藥劑注入系統設備，為實現自動控制提供基礎物質保證。

1.1 裝置配套儀表的改造

在急冷水塔的pH 值控制回路上，增加可抗油污的pH 傳感器，改造堿注入工藝管線流程，增加變頻計量泵，在急冷水循環泵入口注入堿液，實現注堿量的遠程調節。

在工藝水汽提塔pH 值控制回路上，同樣增加pH 值在線測量儀表，在確保pH 傳感器能夠及時準確提供在線檢測數據的前提下，按照生產工藝需求，更換計量泵，確保計量泵的工作穩定性，同時增加變頻調速器精確控制計量泵注入量。

在堿罐上增加NaOH 濃度傳感器，為注堿控制系統提供堿濃度實時信息，同時為手工配置堿液時提供參考，提高配置堿液濃度的精度。

1.2 設計急冷水塔pH 值自動控制器

主要應對大滯后、非線性和耦合等因素，同時考慮pH 值在線數據、注堿的濃度和流量、工藝水流量等干擾因素的影響，使上述因素對急冷水塔pH 值影響降至最小程度。

1.3 設計工藝水汽提塔pH 值自動控制器

考慮急冷水的pH 值和流量、注堿的濃度和流量等因素的影響，使工藝水汽提塔pH 值完全達到工藝生產要求。

1.4 離線仿真研究

仿真研究急冷水塔pH 值自動控制器，離線研究大滯后、非線性、耦合等原因，同時考慮產量、注堿的濃度和流量、工藝水流量等因素對急冷水塔pH 值的影響，并依據研究結果，編制自動控制數據庫，根據實際操作數據適當修正設計。

仿真研究工藝水汽提塔pH 值自動控制器，離線研究考慮急冷水的堿含量和流量、注堿的濃度和流量等因素的影響，并根據研究結果，適當修正設計。

建立DCS 用戶界面，對急冷水塔pH 值自動控制器、工藝水汽提塔pH 值自動控制器的軟硬件系統進行調試并投運。

2 pH 值自動控制軟件系統的開發

在軟件上編制一套自動控制數據庫軟件，通過經驗數據判別，輸出對應的注堿量，控制現場的執行器，實現自動控制，見圖1。

圖1 自動控制數據庫軟件程序圖

通過編寫控制運行公式，將變量范圍切割成若干小范圍區間，對應出經驗數據表的經驗配堿量，直接給定變頻泵的輸出，控制注堿量?？傮w分為2個階段。第一階段需要摸索工藝運行的經驗數據，該項工作做的越充分、越有普遍性，經驗數據表中的數據越豐富，最終控制注堿量才能越精準。達到最終限定pH 波動區間的目的。第二階段積累足夠的經驗數據后，實現自動控制(見圖2)。

圖2 pH 自動控制系統運行路線

2.1 注堿量的設定

在DCS 上，按照經驗數據表設定對應的注堿量，手動控制pH 值(見表1)。

表1 近海水下結構物的檢測技術比較

2.2 pH 值的自動控制設定

手動控制成功后，將手動控制經驗數據輸入自動控制數據庫中，作為變頻泵輸出調節的設定。當現場檢測儀表檢測信號反饋到數據庫中時，數據庫通過數據判別，可以對應尋找出手動控制經驗數據和相應的變頻泵轉數，實現變頻泵轉數自動給定和變頻調節，從而實現注堿量的自動給定，實現pH 值的自動控制。在實現自動控制的基礎上，進一部詳細分割控制區間(堿濃度、pH 值)，深化經驗數據表的精細程度，實現數據實時判別輸出，進而實現pH 值精細控制。

3 應用及效果

3.1 急冷水、稀釋蒸汽系統pH 值控制穩定

從2011 年11 月上半月急冷水pH 自動調節系統投用后的運行情況看，急冷水、稀釋蒸汽外排水的pH 值穩定，均在正常指標范圍之內(見圖3)。

圖3 急冷水和外排水pH 值變化(2011 年11 月)

急冷水pH 值(6 號樣)設定值為6，實際運行數據在5.89～6.57，從標定的15 天記錄數據看，共計記錄45 個在線數據。其中有2 個點實際運行數據超過設定值6 ±0.5，平穩率為95.56%。

外排水pH 值(10 號樣)設定值為8，實際運行數據為7.87～9.13，完全滿足生產運行需求。從標定的15 天記錄數據看，共計記錄45 個在線數據。其中11 月1～4 日系統投用初期pH 值小幅度波動，11 月4 日后，有1 個點實際運行數據超過設定值8 ±0.5，平穩率為96.97%。系統標定期間一直投用自動，自動化投用率為100%。

3.2 實現系統自動化控制

由于實現了堿注入泵自動調節，加之沖程較穩定，因此堿罐液位平穩降低，呈規律性變化。在減少室外崗位人員勞動負荷的同時，也保障裝置的安全平穩運行(見圖4)。

圖4 堿泵沖程(2011 年11 月)

由圖4 可見，由于堿注入泵改為變頻調節，所以檢泵沖程恒定不需要調節。依靠變頻控制系統控制泵轉數代替了頻繁調節泵沖程的弊端。

項目實施后，通過堿濃度監測表，保證了配堿質量分數在12%左右，將一個變量變為一個恒定值，消除了pH 值調節的一個干擾因素。由于避免了大幅度頻繁調整，pH 值穩定的同時，堿罐液位呈現規律性的變化(見圖5)。

pH 值自動控制系統運行后，解決了乙烯裂解急冷水pH 值長期以來依靠崗位員工人為跟蹤調整的情況。避免了由于每次配堿及堿泵沖程調整之后，急冷水、稀釋蒸汽外排水的pH 值大幅度波動等事件發生。既滿足急冷水系統pH 值平穩變化的需求，又在很大程度上降低了崗位員工的工作負荷。

圖5 堿液濃度與液位消耗(2011 年11 月)

4 結論

(1)通過對急冷水塔注堿量的自動控制，消除大滯后、非線性、耦合、原料中含硫量、注堿的濃度、工藝水的堿含量和流量等因素對急冷水塔pH值影響，使急冷水塔pH 值保持平穩。通過控制進入工藝水汽提塔的注堿量，消除堿液濃度、急冷水的pH 值和流量對工藝水汽提塔pH 值的影響，使工藝水汽提塔pH 值保持平穩，完全達到生產工藝的要求，從而改善乙烯裝置運行條件。

(2)實現了pH 值調節自動化控制。突破傳統人工勞動強度大的弱點，延長急冷水、稀釋蒸汽系統運行周期，保證裝置長周期運行，克服滯后、非線性等干擾因素，將堿濃度等變化量轉化為橫定量，消除因此產生的干擾，編制數據庫將標準運行數據作為輸出控制信號依據，避免使用復雜數學模型，節省投資。