乙烯裝置精餾塔的控制分析

任燕翔，殷 新

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

乙烯裝置精餾塔的控制分析

任燕翔，殷 新

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

對精餾塔控制進行了理論闡述并對乙烯裝置的精餾塔控制進行了系統的分析和總結，描述了采用這種控制方法的主要原因，同時結合國內某具體乙烯裝置精餾塔進行了詳細的說明。

乙烯裝置；精餾塔；預測控制

目前我國在石油化工、石油煉制以及其他化工生產過程中，精餾屬于應用特別廣泛的傳質過程，主要目的是把混合液物質進行各組分的分離，從而達到要求所規定的純度[1]。精餾設備一般由冷凝器、再沸器、回流罐和精餾塔以及輔助裝置組成。精餾實際上是利用混合物不同組分的揮發性不同，也就是同一溫度下不同物質蒸汽分壓不同，導致液體介質中輕組分和氣體介質中重組分之間相互轉移，最終實現分離的目的。

1 精餾塔的基本控制方案理論指導

精餾塔是一種典型的多變量，通常會設置多個控制系統。在眾多操縱變量和受控變量中，選擇一種變量進行配對，這樣就能組成一種類型的控制方案。然而如何在大量控制方案中合理選擇一種方案是目前遇到的難題。早在20世紀60年代，Shinskey和同事采用一種全新的方案成功設計了一種精餾塔控制的復雜系統，并且可以進行方便的控制。此方法的主要思想是根據靈敏度和Bristol相對增益概念為基礎進而解決精餾塔控制變量配對等問題。概括來說，Shinskey提出的方法可以總結為以下幾點：①當需要控制塔中一端產品的最終質量時，選用物料平衡的方法來對該產品進行控制。②當塔兩端流量較小時，應該選其作為操縱變量來控制塔中的產品質量。③如果塔的兩側都需要進行質量控制時，通常對純產品含量較少，但是雜質含量較多的一端進行質量控制，而純產品較多、雜志較少的一端進行質量控制應該應用能量平衡。

能量平衡控制和物料平衡控制基本概念是當頂部物流量或底部液體流量作為變量進行控制時，這個過程稱為平衡控制。物料平衡是響應較為迅速的一種控制，但是對控制系統而言，由于耦合關系，控制一個變量會對其他多個變量產生一定的影響，所以一般物料控制在粗調的場合應用。當選擇再沸器加熱劑量或者頂部回流冷劑量作為變量進行操縱時，稱為能量平衡控制。然而能量平衡控制產生反應的速度比較緩慢，但是針對一個控制系統，能量控制會有更高的控制精度，可以和高級以及先進控制相互結合運用。這3條準則是Shinskey多年工作的經驗結晶，同時也是現代化工藝生產過程中最成功的Bristol-Shinskey應用。

盡管Shinskey準則并沒有絕對性，但是可以有效對精餾塔控制方面進行指導。在精餾塔實施控制過程中，需要注意到精餾塔僅僅是生產過程中的一個工序，尤其是在裝置之后的分離過程中，精餾過程一個接一個，上一精餾過程的輸出就是下一精餾過程的輸入，這就表示前一工序對于精餾塔的操作不僅影響到下一工序，而且前一工序產生的產品質量變化情況也會影響到下一工序。因此在設計精餾塔控制具體方案時，以Shinskey提出的3條準則作為理論指導，協調好工序前后之間的關系，從而在深入了解其工藝背景的情況下選擇合適的控制方法。

2 乙烯裝置精餾塔的基本控制方法

精餾塔控制的最主要目的是滿足產品所需質量要求，而反應質量好壞的最直接指標就是成分的物理參數。近幾年，由于檢測成分物性的儀表快速發展，尤其是乙烯裝置烴類分析中紅外分析儀的應用越來越多，質量控制已經成為乙烯精餾塔在產品組分控制中的直接指標，保證了乙烯裝置產生的最終產品質量，但是目前間接控制還處于主流領域。一方面是因為紅外分析儀價格高昂，在所有位置都采用直接控制會加大投資，而且還不能提高裝置產品的效益；另一方面是由于間接控制取得的指標和直接控制得到的指標控制效果基本相同。

在實際操作過程中，乙烯裝置精餾塔的控制的方法多種多樣，對于一些相對而言有效的控制方法，可以通過比較進行合理的選擇。在需要精密的精餾過程中，可以考慮采用恰當的溫差控制。對于靈敏點溫度控制過程中，塔中壓力保持穩定是實現精密精餾的一個重要前提條件，因為物料的沸點在壓力發生變化的時候也會發生相應的改變。當各組分之間相對揮發度較小時，壓力變化對溫度產生的影響大于組分變化對其產生的影響。如果此時采用溫差來進行控制，兩個測溫點之間的溫差會在壓力變化發生方向上產生的一致變化，最后導致溫差變化范圍很小，對于壓力波動造成的影響可以幾乎忽略不計。在實際操作工程中，相對較小揮發度的乙烯-乙烷和丙烯-丙烷精餾可以考慮采用溫差控制的方法對精餾操作進行控制。或者可以考慮采取對靈敏點的溫度進行壓力補償，通過這種方法，可以把壓力變化導致的物料沸點變化和靈敏點位置的移動造成的影響大大減弱甚至可以消除。總之，對精餾塔進行的操作都是建立在許多分餾操作的基礎上實現的，分餾可以使進入精餾塔中物料的純度提高，進而決定了對精餾塔的控制主要是以平衡控制能量為主。

3 結束語

介紹了精餾塔的基本控制理論基礎以及現階段對乙烯裝置精餾塔進行控制的主要方法，并結某實例講述了乙烯裝置控制方法的具體應用，對精餾塔控制過程中做了一些說明和總結。在實施過程中，人工經驗的調節已經到了本身控制時達到的最好效果，并且預測理論控制在工業化應用過程中也在不斷改進。未來對乙烯裝置精餾塔進行控制的主要方法應該是先進控制和人工經驗調節之間相互結合，最終目的是實現兩種方法之間最優化的統一。

[1] 黃永杰.精餾塔自動控制系統設計與應用[J].化工技術與開發，2012，41（1）：52-54.

Control Analysis of Distillation Column in Ethylene Plant

Ren Yan-xiang，Yin Xin

In this paper，the control of the distillation column is discussed theoretically.The control of the distillation column of the ethylene plant is systematically analyzed and summarized.The main reason for adopting this control method is described.At the same time，a specif i c ethylene plant distillation column Made a detailed description.

ethylene plant；distillation column；predictive control

TQ221.211；TP273

：B

：1003–6490（2017）04–0098–01

2017–04–02

任燕翔（1987—），女，四川成都人，初級工程師，主要從事乙烯裝置精餾工工作。