APC在武漢石化30萬噸/年氣體分餾裝置上的應用

杜銳君(中國石化股份有限公司武漢分公司, 湖北 武漢 430082)

APC在武漢石化30萬噸/年氣體分餾裝置上的應用

杜銳君(中國石化股份有限公司武漢分公司, 湖北 武漢 430082)

武漢石化30萬噸/年氣體分餾裝置自2002年起引進、采用美國Honeywell公司的Profit Controller軟件，實現(xiàn)了對氣體分餾過程的先進性控制和優(yōu)化控制。引進的先進控制系統(tǒng)有效提高分餾裝置的操作性，減輕了人員工作量，還降低了能耗，大大提升分餾產品的質量水平。

氣體分餾; APC技術;節(jié)能增效

0 引言

先進控制技術具有比常規(guī)單回路PID控制更好的控制效果，通常稱為APC(Advanced Process Control)。APC技術的核心是工藝裝置多變量動態(tài)數(shù)學模型。它的信息載體是DCS和網絡，被控對象如反應器、分餾塔等。傳統(tǒng)的PID控制對象是溫度、壓力、流量和液位這四大參數(shù)，APC在此之外進行了拓展——增加了諸如產品質量指標和設備負荷等工藝生產所需要的變量；保證生產裝置在穩(wěn)定裝置操作前提下，實現(xiàn)了產品質量的卡邊操作，為挖潛增效創(chuàng)造了條件，優(yōu)化控制計算。APC技術在美國石化企業(yè)中的普及率已達60%，重點裝置達90%。在國內，陸續(xù)也有多家石化單位嘗試在裝置已有DCS的基礎上配備先進控制系統(tǒng)。中石化系統(tǒng)內，如長嶺、茂名、揚子、濟南等地的煉油廠已經投用APC技術，并都實現(xiàn)了良好的應用效果與經濟效益。

1 30萬噸/年氣體分餾裝置APC實施方案

中石化武漢分公司30萬噸/年氣分裝置先進控制項目，由石化盈科信息技術有限公司和武漢分公司共同實施，采用美國Honeywell公司的Profit Controller軟件，是股份有限公司由2002年啟動的科技開發(fā)項目(煉油裝置先進控制實施與維護專題)之一。該裝置先進控制開發(fā)實施工作于2003年底啟動。2007年12月21日，30萬噸/年氣體分餾裝置的APC控制器全面進入工業(yè)試運行。2008年6月，該裝置進行低溫熱源改造。8月，先進控制系統(tǒng)經過部分修改后，繼續(xù)投用。 30萬噸/年氣體分餾生產裝置主要由脫丙烷塔(T101)、脫乙烷塔(T102)、丙烯精餾塔(T103/T104)、脫異丁烯塔(T105)組成。

1.1 30萬噸/年氣體分餾裝置工藝介紹

(1)由催化裂化裝置、聯(lián)合裝置來料的液態(tài)烴經綜合車間脫硫后進入原料緩沖罐，經泵打入脫丙烷塔，在一定的壓力下分離成乙烷—丙烷和丁烷—戊烷兩個餾分。

(2)自脫丙烷塔頂引出的乙烷—丙烷輕餾分經冷凝器冷卻后，一部分送作脫丙烷塔頂?shù)睦浠亓鳎溆嗟膭t進入脫乙烷塔，繼續(xù)分離。在壓力的作用下，塔頂將分出乙烷餾分，塔底為丙烷—丙烯餾分。

(3)將丙烷—丙烯餾分送入脫丙烯塔，在壓力下進行分離，塔頂分出丙烯餾分．塔底為丙烷，其中純度大于99.5%的精丙烯可用作聚丙烯裝置的生產原料。

(4)從脫丙烷塔底出來的丁烷—戊烷重餾分進入脫異丁烷塔進行分離，塔頂分出輕C4餾分其主要成分是異丁烷、異丁烯、l—丁烯等；塔底為脫異丁烷餾分。

(5)脫異丁烷餾分在脫戊烷塔中進行分離，塔頂為重C4餾分，主要為2—丁烯和正丁塔底為戊烷餾分，碳四餾分供MTBE裝置/烷基化裝置使用，碳五餾分則可用于添加調和汽油。脫乙烷塔(T102)，由塔頂脫除碳三餾分中少量的乙烷，但由于原料液化氣中幾乎不含乙烷，往往采用全回流操作，只是偶爾當原料乙烷含量高時才通過現(xiàn)場的手閥從塔頂排出少量的含乙烷產物。因此APC項目設計過程中，經車間和研發(fā)部門協(xié)商，脫乙烷塔(T102)沒有必要實施先進控制。其它主要工藝過程，均正常進行開發(fā)實施。

圖1 氣分裝置分離丙烯的工藝簡圖

2 30萬噸/年氣體分餾裝置APC實施方案

2.1 30萬噸/年氣體分餾裝置的APC實施情況

脫乙烷塔(T102)，由塔頂脫除碳三餾分中少量的乙烷，但由于原料液化氣中幾乎不含乙烷，往往采用全回流操作，只是偶爾當原料乙烷含量高時才通過現(xiàn)場的手閥從塔頂排出少量的含乙烷產物。因此APC項目設計過程中，經車間和研發(fā)部門協(xié)商，脫乙烷塔(T102)沒有必要實施先進控制。其它主要工藝過程，均正常進行開發(fā)實施。

2.2 30萬噸/年氣體分餾裝置的APC設計

本套裝置先進控制系統(tǒng)分為三個APC控制器：脫丙烷塔(T101)控制器、丙烯精餾塔(T103+T104)控制器、脫異丁烯塔(T105)控制器。先進控制平臺為APP Node，APC軟件采用Honeywell公司的RMPCT，以及pHD數(shù)據(jù)庫。

2.3 30萬噸/年氣體分餾裝置在APC投用前后操作狀況對比分析

2.3.1 30萬噸/年氣體分餾裝置在APC投用前操作狀況分析

脫丙烷塔(T101)靈敏板溫度、丙烯產品純度等工藝指標由操作員人工調節(jié)。操作員一般對各塔采用“三固一調”的操作方法，即固定：頂回流流量、頂抽出流量、塔底抽出流量，調節(jié)塔底蒸汽(熱水)量的方式進行操作。該方法能相對保持塔的操作穩(wěn)定性，但是由于塔底蒸汽壓力及其溫度波動頻繁，而且幅度較大，以及塔進料的波動，致使各塔液位、回流罐液位和各塔盤溫度變化很頻繁，操作員需經常調節(jié)塔底蒸汽量來保持平穩(wěn)操作。

2.3.2 30萬噸/年氣體分餾裝置在APC投用后操作狀況分析

脫丙烷塔(T101)靈敏板溫度、丙烯產品純度、回流罐液位等工藝指標，均實現(xiàn)了自動平穩(wěn)控制；在異丁烯塔(T105)極限操作狀態(tài)下，其回流灌液位也實現(xiàn)自動平穩(wěn)控制；APC投用后，各主要被控指標CV和調節(jié)變量MV的波動幅度有明顯減小，裝置生產操作、控制更加平穩(wěn)。

2.4 主要參數(shù)在APC投用前后的數(shù)據(jù)比較：

以下三張表格中：

先進控制前時間段：2007年10月6日～11月6日

先進控制后時間段：2007年12月12日～2008年1月12日

2.4.1 實現(xiàn)了質量卡邊控制，提高了丙烯產品的收率

APC投用后，丙烯產品純度波動幅度明顯降低；通過先進控制，在保證產品質量合格的前提下，實現(xiàn)了卡邊控制，丙烯收率提高了0.06124%。

2.4.2 回流比明顯降低，達到了節(jié)能的效果

APC投用后，脫丙烷塔T101和丙烯塔T104的回流比均明顯降低，這意味著塔底耗用的蒸汽量(熱水量)減少了，達到了節(jié)能的效果。

2.4.3 APC技術運行穩(wěn)定、可靠

自投用以來，整個先進控制系統(tǒng)沒有出現(xiàn)過系統(tǒng)故障。APC控制器的投入、切除和對DCS控制回路的操作，沒有遇到困難。操作簡單、方便易懂，符合操作員的操作習慣。

2.5 APC技術經濟效益評估

APC技術實現(xiàn)了主要產品質量的卡邊控制，直接經濟效益主要體現(xiàn)在以下兩個方面：提高了丙烯產品的收率，降低了裝置能耗。合計每年增加直接經濟效益 201.679萬元。

2.5.1 提高丙烯產品的收率

30萬噸/年氣體分餾裝置的原料中丙烯含量年平均為38.05%，處理量30萬噸/年，按先進控制投用后，丙烯收率提高0.06124%計算，每年可提高丙烯產量：300000×0.06124% =183.72噸。按丙烯出廠價格與丙烷價格差為3000元/噸，每年可增加經濟效益55.116萬元。

2.5.2 降低裝置能耗

對于30萬噸/年氣體分餾裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)對比分析，估計出：T101的回流比每降低1，則蒸汽耗用量下降2.27 t/h；T104的回流比每降低1，則蒸汽耗用量下降1.233 t/h。先進控制投用后，T101回流比降低0.157，T104回流比降低0.89。T101蒸汽耗用量下降2.27 t/h×0.157 = 0.3564 t/h；T104蒸汽耗用量下降1.233 t/h×0.89 =1.09737 t/h。按1#氣分裝置年開車8400小時計算，每年可節(jié)約蒸汽共12213.6噸。按每噸蒸汽成本120元計算，每年可增加經濟效益146.56萬元。

3 結語

APC技術在武漢石化30萬噸/年氣體分餾裝置的運用，增強了裝置的抗干擾能力，提高了裝置生產的平穩(wěn)性；極大地減輕了操作負荷，解決了部分常規(guī)控制存在的問題；重要生產參數(shù)自動維持在工藝和設備的許可范圍內，使生產更安全；實現(xiàn)了主要生產指標和質量指標的卡邊控制，提高了丙烯產品收率，降低了能耗，增加了裝置效益。

杜銳君(1991-)，女 ，漢，湖北武漢人，助理工程師，主要從事石油煉化工作。