先進控制在醇酮裝置中的應用

孫兆申 趙志紅

(中國石油遼陽石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

先進控制在醇酮裝置中的應用

孫兆申a趙志紅b

(中國石油遼陽石化分公司 a.油化廠；b.芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

某醇酮裝置表盤控制系統采用常規PID控制，生產中存在反應滯后、參數波動大等缺點。為此，將北京清大華億科技有限公司設計的先進控制應用于該裝置并進行實際操作，從兩個工段多個參數進行細致考核，先進控制下的操作波動減小，波動均方差減少都在20%以上，操作平穩率顯著提高，同時裝置的環己烷單耗降低了1.56kg/t。

先進控制 醇酮裝置 環己烷單耗

隨著先進控制技術的不斷成熟和完善，目前國外各控制技術公司如AspenTech、Honeywell及Foxboro等都設計了各自的先進控制技術[1]，并且國外的流程工業也采用先進控制技術實現了平穩生產、節能降耗、質量卡邊、提高產品收率和處理量的目標，獲得了更多的經濟效益。國內先進控制技術的開發應用相對較晚，近年來也得到了較快的發展，已經有不少研究者闡述了先進控制在不同化工裝置的應用[2～4]。薄迎春等在煉油廠催化裝置上實現了先進控制[5]；周猛飛等探討了先進控制在延遲焦化裝置的應用，生產過程的平穩性和控制精度得到了明顯的改善[6]；李鑫等研究了先進控制在乙烯裂解爐的應用，提高了裝置的平穩率，提升了雙烯、碳四等產品的收率[7]；冒永生等對PTA裝置氧化過程實現了優化與先進控制，實現了效益最大化[8]；羅斌等應用先進控制對廢水厭氧進行了有效處理[9]。

中國石油遼陽石化精己二酸生產線上的中間裝置——醇酮裝置，采用環己烷無催化氧化法，以環己烷為原料，經貧氧空氣氧化生產環己醇和環己酮混合物，即醇酮。該醇酮裝置的表盤控制系統采用的是常規PID控制，生產過程中存在反應滯后、參數波動大等問題。為此，將北京清大華億科技有限公司設計的先進控制技術應用于該裝置并進行實際操作，以減小操作波動，提高操作平穩率，并降低裝置的環己烷單耗。

中國石油遼陽石化醇酮裝置的先進控制由北京清大華億科技有限公司采用先進控制軟件PACROS VSUPCC作為先進控制實施的基礎平臺，在其基礎上為各生產單元開發出相應的多變量預估控制器。同時使用PACROS Observer軟測量技術來實現裝置關鍵質量的控制指標。包括運行平臺、不可測變量在線實時觀測器，變結構通用模型預估協調控制器、反應深度實時優化器、模型仿真與驗證、控制系統的離線設計與組態、工程師界面及操作員界面等。

該醇酮裝置由100#氧化工段、200#預濃縮-脫過氧化氫工段、300#蒸餾工段和400#尾氣處理工段組成。針對醇酮裝置的具體情況，先進控制系統(圖1)均設計了200#與300#兩個控制器，200#控制器主要針對洗滌塔D202，300#控制器主要針對第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302。各先進控制器所需的軟測量參數由軟測量系統提供。另外，系統還設計了一些其他功能模塊，來實現特殊要求的功能。

圖1 醇酮裝置先進控制系統結構示意圖

洗滌塔D202的作用是洗去產物中的酸性物質，保證產物中沒有酸；第一脫烷塔D301的作用是分離出醇酮產物中90%的環己烷，提純目標產物；第二脫烷塔D302是減壓蒸餾塔，作用是分離出醇酮產物中剩余的環己烷。

2 先進控制投用效果

2.1系統投用率統計

先進控制系統自上線運行并調整以后，由于運行較平穩，加之車間加強了對操作人員的培訓工作并下達了對先進控制系統投用的考核指標，除工藝原因不能投用的情況之外，總體上保持了較高的投用率。

表1是6月1日～8月31日系統考核標定期間醇酮裝置200#控制器和300#控制器的操作變量MV和被控變量CV投用率統計數據(由于工藝原因未能投用的情況除外)。

表1 醇酮裝置先進控制投用情況 %

從表1的數據可以看出，在具備調節手段的情況下，醇酮裝置各先進控制器都保持了較高的投用率，MV和CV總體投用率達到了99%以上。

2.2控制性能數據對比

表2給出醇酮裝置考核標定期間常規控制和先進控制投用前后重要變量的方差變化情況。

表2 醇酮裝置過程控制性能數據對比

通過以上對比數據可以看出，醇酮裝置先進控制投用后，洗滌塔D202液位和壓差、第一脫烷塔D301塔頂和塔底溫度、第二脫烷塔D302各段溫度、醇酮重組分含量控制平穩性都有較大提高，波動均方差降低在20%以上。另外，洗滌塔D202水洗比效果改善不大，主要是由于水洗比采用區域控制，一般情況下不需要進行調解，常規控制和先進控制都比較平穩。

2.3操作平穩性

選取醇酮裝置第一脫烷塔D301和第二脫烷塔D302先進控制系統投用前后的運行趨勢進行對比，結果如圖2～5所示。可以發現，投用先進控制后系統運行平穩性比常規控制時有所提高。

圖2 D301常規控制趨勢記錄

圖3 D301先進控制趨勢記錄

圖4 D302常規控制趨勢記錄

圖5 D302先進控制趨勢記錄

由圖2、3可以看出，先進控制投用后，在工況大致相同的情況下，回流罐液位和塔底液位控制在小范圍內波動，達到了平穩操作，參數波動情況更小，實現了安全生產的目的。

由圖4、5可以看出，在進料量出現波動時，投用先進控制時，D302塔的塔頂、中部和塔底溫度比常規控制波動范圍要小。

由于先進控制運行平穩，參數優化較好，項目實施后醇酮裝置醇酮環己烷的單耗降低了1.56kg/t，達到了節能降耗的目的。對提高醇酮裝置的市場競爭力具有重要意義。

3 先進控制技術實施后的不足之處

先進控制技術實施之后，也存在一定的不足，當裝置儀表出現虛假指示時，裝置發生波動；裝置開停車時，先進控制不能代替常規PID控制，先進控制就必須摘除。因此，化工生產還必須由操作工認真操作進行監盤。

4 結束語

中國石油遼陽石化精己二酸生產線上的醇酮裝置，通過先進控制項目的實施，取得了預期的目標，操作平穩性得到提高，在相同條件下，關鍵被控變量波動均方差減少20%以上，裝置環己烷單耗降低1.56kg/t，取得了良好的經濟效益。

先進控制技術實施后，要求現場的工程技術人員切實掌握相關技術，才能使先進控制技術在生產過程中發揮更大的作用，取得更大的效益。

[1] 翟玉宏.多變量模型預估控制器設計及其應用[D].大連:大連理工大學,2005.

[2] 趙恒平.中國石化先進過程控制應用現狀[J].化工進展,2015,34(4):930～934.

[3] 李平,王子威.間歇聚合反應過程的計算機控制及先進控制技術應用進展[J].化工進展,2004,23(8):841～845.

[4] 呂文祥,擺亮,黃德先,等.針對原油性質變化的常減壓先進控制研究與應用[J].化工學報,2009,60(10):2522～2528.

[5] 薄迎春,范建國,魏玉平,等.OPC技術在催化裝置分布式先進控制軟件中的應用[J].化工自動化及儀表,2005,32(6):40～43.

[6] 周猛飛,王樹青,金曉明.先進控制技術在延遲焦化裝置的應用[J].化工自動化及儀表,2009,36(1):79～82.

[7] 李鑫,黃鑫,楊昆.先進控制策略在蘭州石化乙烯裂解爐裝置的研究與應用[J].化工自動化及儀表,2012,39(7):940～941.

[8] 冒永生,楊開香,王麗軍.PTA裝置氧化過程實時優化與先進控制[J].化工自動化及儀表,2012,39(9):1128～1132.

[9] 羅斌，王孟效，周紅.先進控制算法在廢水厭氧處理過程中的應用[J].化工自動化及儀表,2008,35(2):63～68.

TH862+.6

B

1000-3932(2016)06-0653-04

2016-04-05(修改稿)