幾種復(fù)雜控制在渣油加氫裝置D C S系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 猛，白亞?wèn)|，趙立甜

（1.中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930；2.重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司，四川成都 611930）

幾種復(fù)雜控制在渣油加氫裝置D C S系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 猛1，白亞?wèn)|1，趙立甜2

（1.中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930；2.重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司，四川成都 611930）

在化工行業(yè)的DCS系統(tǒng)控制中，采用較多的復(fù)雜控制，以滿足工藝生產(chǎn)條件控制。對(duì)渣油加氫裝置DCS控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的分程控制、串級(jí)控制、順序控制、負(fù)荷控制等幾種復(fù)雜控制方案進(jìn)行闡述。

復(fù)雜控制；DCS系統(tǒng)；分程控制；串級(jí)控制；順序控制；負(fù)荷控制

1 渣油加氫裝置工藝概況

中國(guó)石油四川石化分公司300×104t/a渣油加氫脫硫裝置采用雪佛龍公司的固定床渣油加氫脫硫的工藝技術(shù)，以哈薩克斯坦、南疆及北疆原油的減壓重蠟油和減壓渣油為原料，經(jīng)過(guò)催化加氫反應(yīng)，進(jìn)行脫除金屬、硫、氮等雜質(zhì)，同時(shí)降低殘?zhí)己浚饕獮榇呋鸦b置提供原料，同時(shí)生產(chǎn)少量柴油，并副產(chǎn)部分石腦油和燃料氣。

2 DCS控制系統(tǒng)在渣油加氫脫硫裝置的核心作用

渣油加氫脫硫裝置復(fù)雜控制屬于龐大并復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)基礎(chǔ)控制環(huán)境的要求非常苛刻。其中賴以生存的三大支柱分別是：現(xiàn)場(chǎng)一次儀表、在線分析儀表、以及DCS集散系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)一次儀表的特點(diǎn)是反應(yīng)靈敏、精度高、穩(wěn)定、并且零點(diǎn)漂移很小；調(diào)節(jié)閥線性高、密封嚴(yán)密、使用壽命長(zhǎng)以及故障率低是常規(guī)控制的基石。在線分析儀表分布面廣、測(cè)量精度高、循環(huán)周期合理以及穩(wěn)定性強(qiáng)是實(shí)現(xiàn)裝置物料平衡計(jì)算、過(guò)程單元產(chǎn)品純度和損失控制、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)的重要步驟和方法。其中采用DCS集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和先進(jìn)控制以及協(xié)調(diào)操作數(shù)據(jù)、提升生產(chǎn)裝置和輔助設(shè)施自動(dòng)化水平以及綜合管理水平，提升經(jīng)濟(jì)效益。集圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)以一體的DCS分布控制系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性好、閉環(huán)性強(qiáng)，以及冗余可靠性高、接口靈活，易于管理、組態(tài)、開(kāi)發(fā)和維護(hù)等特點(diǎn)，是常規(guī)控制系統(tǒng)的核心。

3 DCS控制系統(tǒng)中常用的幾種復(fù)雜控制回路及應(yīng)用

3.1 分程控制

分程控制是指把一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)分成若干段，每段信號(hào)分別對(duì)應(yīng)控制一個(gè)執(zhí)行器，若干個(gè)執(zhí)行器分別分段接續(xù)完成同一個(gè)執(zhí)行任務(wù)。以原料油緩沖罐V-1002-1為例，由于儲(chǔ)存特性等原因，其儲(chǔ)存條件是需要氮?dú)饷芊猓⑶覟榱诉_(dá)到原料油增壓泵P-1002-1所需要的壓頭，還要保持一定的氮?dú)鈮毫Α?/p>

正常調(diào)節(jié)：當(dāng)V1002-1壓力升高超過(guò)PC1021設(shè)定值時(shí)，分程控制會(huì)根據(jù)充氣與排氣控制閥的開(kāi)度自動(dòng)開(kāi)大排氣閥B開(kāi)度，關(guān)小充氣A閥開(kāi)度；當(dāng)V1002-1壓力降低超過(guò)PC1021設(shè)定值時(shí)，分程控制會(huì)根據(jù)充氣與排氣控制閥的開(kāi)度自動(dòng)關(guān)小排氣閥B開(kāi)度，開(kāi)大充氣A閥開(kāi)度。以維持V1002-1的壓力在設(shè)定值范圍內(nèi)。

3.2 串級(jí)控制

串級(jí)控制就是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出值作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。串級(jí)控制采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器和兩套檢測(cè)變送器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出值作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出值送至調(diào)節(jié)閥。前一個(gè)調(diào)節(jié)器叫做主調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制的變量叫主變量，即工藝控制指標(biāo)。后一個(gè)調(diào)節(jié)器叫做副調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制的變量叫副變量，是為了主變量穩(wěn)定而引入的輔助變量。以V-1004-1的液位控制為例：

正常調(diào)節(jié)：LC1015與去C-3001的流量控制FC1042串級(jí)來(lái)控制V-1004-1的液位穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)LC1015D的設(shè)定值的大小作為主調(diào)節(jié)器，傳送給FC1042作為調(diào)節(jié)器的輸入，作為副調(diào)節(jié)器作用到調(diào)節(jié)閥上使閥門(mén)開(kāi)大或關(guān)小來(lái)調(diào)節(jié)液位的穩(wěn)定。

3.3 順序控制

順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，針對(duì)的是順序控制系統(tǒng)，在每個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)事件的順序以及內(nèi)部的狀態(tài)，在生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有秩序的自動(dòng)進(jìn)行操作。以V2001液位控制為例

正常調(diào)節(jié)：V2001液位由LC0022控制。控制進(jìn)料線上的三個(gè)閥門(mén)：含油污水閥“A”、凈化水閥“B”和除氧水閥“C”，若V2001液位低于LC0022控制器的設(shè)定值，首先會(huì)開(kāi)啟A閥門(mén)向V2001罐加含油污水，如果A閥全開(kāi)還不能滿足V2001液位LC0022設(shè)定值，依照順序開(kāi)啟B閥加凈化水，如果還是滿足不了V2001液位LC0022設(shè)定值，最后開(kāi)啟C閥加注除氧水，以滿足V2001的液位穩(wěn)定。

3.4 負(fù)荷控制

為了更精確地控制塔底重沸器的熱量，更穩(wěn)定地控制熱源的流量，可以利用熱負(fù)荷控制器來(lái)滿足以上要求。它是通過(guò)檢測(cè)換熱源經(jīng)過(guò)換熱器管程的流量和出入口的溫差，經(jīng)過(guò)一個(gè)熱負(fù)荷計(jì)算器利用預(yù)先建立好的模型，把信號(hào)輸出到兩個(gè)控制閥上，調(diào)節(jié)流經(jīng)和旁路換熱器管程的流量來(lái)達(dá)到控制熱負(fù)荷的目的。以C-3003塔底重沸器的控制為例。

正常調(diào)節(jié)：分餾塔底物流旁通汽提塔重沸器的流量控制由流量比值控制器FFC3043來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)控制器控制著操作員設(shè)定的負(fù)荷/產(chǎn)品比率。重沸器加熱負(fù)荷是與柴油抽出量成比例，提供足夠的能脫除柴油汽提塔中輕烴組分所需的熱量。輕烴組分的脫除使柴油產(chǎn)品能滿足閃點(diǎn)要求。重沸器的負(fù)荷是由通過(guò)重沸器（分餾塔底物流）的溫差、分餾塔底物流流量和柴油熱容計(jì)算出來(lái)的。根據(jù)柴油閃點(diǎn)指標(biāo)，改變柴油外送量即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)重沸器提供熱量的操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

科技水平的不斷發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生更先進(jìn)的控制方案及DCS控制系統(tǒng)，從而使化工行業(yè)的自動(dòng)化水平不斷的進(jìn)步，也會(huì)使得DCS控制系統(tǒng)在化工及其他多個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)中所起到的作用越來(lái)越重要。DCS控制系統(tǒng)必將成為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的神經(jīng)中樞。

[1] 蔣敏偉.過(guò)程控制中提高DCS應(yīng)用水平的途徑[J].自動(dòng)化儀表，1998.

A p p l i c a t i o n o f S e v e r a l C o mp l e x C o n t r o l i n D C S S y s t e m o f R e s i d u e H y d r o g e n a t i o n U n i t

Zhang Meng，Bai Ya-dong，Zhao Li-tian

In the control of DCS system in chemical industry，more complicated control is adopted to meet the control of process production conditions.In this paper，several kinds of complex control schemes，such as fractional control，cascade control，sequential control and load control，which are frequently used in DCS control system of residue hydrogenation unit are described.

complex control；DCS system；split control；cascade control；sequential control；load control

TP273

A

1003-6490（2017）08-0116-02

2017-06-08

張猛（1985—），男，四川成都人，助理工程師，主要從事渣油加氫工作。