先进控制技术在对二甲苯装置的应用

党红伟

摘要：先进控制优化应用系统项目是中国油气集团12号信息技术总体规划中的B5工作包，是信息建设的重点项目。四川石油化工对二甲苯拥有65万t/a，这是一种芳香族联合装置的一部分，包括雾化装置、吸附分离装置、异构装置和二甲苯分馏装置，采用先进的技术组合和分散控制系统(DCS)。该装置具有生产过程的连续性、受控过程的复杂性和控制计划的多样性等特点。

关键词：先进控制技术；二甲苯装置；应用

引言

先进过程控制技术（APC）在石油化工生产过程的应用使生产控制在自动化、智能化方面取得新的突破，多变量模型预估控制相较于普通常规控制，工艺生产控制变得更加智能稳。众多国内外大型石油化工企业应用先进控制技术实例表明APC可提高生产负荷和产品回收率，带来可观的经济效益。

1二甲苯装置简介

二甲苯装置可以分为三个部分：二甲苯精馏单元、吸附分离单元和二甲苯y异构化单元。在工作过程中此类装置首先需要对二甲苯物质所形成的符合产物原料进行分析，将其转移到一个部门进行分析，以此保证几种组合的比例原料，确保原料可以在组合过程中能够将其送入不同需求的分离塔中，以此让其进入到蒸馏单元内，确保可以分离出相应的物质，并且还需保证塔顶和塔底物质的需求，让其有效分离出二甲苯和二甲苯的混合物，从而减少混合物被送至异构化反应中，以此平衡异构化反应，促使可以分离出二甲苯。当前二甲苯装置的使用较为广泛，也为各类分离工作提供了支持，在一定基础之上对于成本也作出了有效控制，因此得到了大力推行。二甲苯异构化催化剂当前可以将其分为两种：一种是乙苯脱烷基型，另一种是乙苯转化型。当前我国对于异构化催化剂的研究主要针对于转化型为基础，同时也会研究其他类型让其逐步走向平衡，从而保证此项工作的有效性，最终为后续工作提供要求，以此才可保证催化剂的性能情况。

2装置控制现状

某石化厂芳烃联合装置与其他装置一同采用DCS系统（I/A集散控制系统）进行集中控制、共用一个中心控制室以便数据的集中处理和生产的集中管理，从一般控制系统的配置来看，便于过程操作，运行较为稳定和牢靠。但常规控制是建立在单输入单输出对象的基础上，无法兼顾到像精馏塔、加热炉这样具有多变量、强耦合的复杂控制过程，加之生产存在扰动因素，因此对于诸多限制下的产品质量和收率将很难得到有效控制及保证。对某石化厂芳烃联合装置的常规控制系统进行分析，发现主要存在如下五个方面问题：①关键精馏塔控制温度基本上已采用串级控制，但是由于耦合、燃料组份干扰和进料波动影响，控制效果不是很理想；②部分液位由于不能串级控制，导致控制效果较差，波动比较频繁，影响生产的稳定性；③芳烃工艺加热主要依靠燃料、蒸汽调节，常规控制中操作人员调节频率较低，能源损失较大，不利于减小能耗；④部分精馏塔空冷不具备变频控制，采用手动调节，调节比较滞后，不利于各单元的稳定控制；⑤部分加热炉，燃料气进料压力阀精度不够，无法有效控制炉出口温度，从而影响塔的分离精度。综上所述，芳烃联合装置是一个多变量强耦合的复杂控制对象。DCS系统中的常规控制策略无法较好的考虑各系统相关变量之间的耦合性，解耦能力差，导致控制效果不理想。因此，根据芳烃联合装置的生产运行现状，在DCS常规控制的基础上采用预测控制、智能控制等先进控制策略，结合装置工程师和操作人员积累下来的调整经验，建立符合芳烃联合装置运行要求的优化控制系统，进一步促进工艺控制智能化水平提高，提高装置运行安全性和经济性。

3APC技术应用

3.1APC系统设计

二甲苯装置APC的任务是提高生产工艺过程控制水准，平稳各精馏塔和加热炉余热回收系统关键工艺指标，减少被控变量的标准偏差，提高装置生产负荷，实现工艺参数“卡边”最优控制，降低操作费用。本次APC项目中应用了APC-Suite预测控制软件包,该软件包主要由数据采集软件、模型辨识软件、预测控制软件、在线控制台共同组成。在本次APC项目中，芳烃联合先进控制系统由一个APCAdcon控制器来控制，控制系统包括芳烃抽提单元控制器、二甲苯精馏单元控制器、歧化与烷基转移单元控制器、吸附分离单元控制器和异构化先进控制器5个子控制器，以及对相应的产品质量软测量。各个单元子控制器之间通过物料和热量紧密联系，相互关联，一方面来说各控制器的控制目标相对独立，另一方面来说又是互为关联的，其中的联系主要由软测量、模型计算与干扰变量来完成，最终成为一个完整控制系统。先进控制技术是在DCS的基础上通过标准OPC协议的方式实现装置的平稳优化与卡边控制。

3.2装置标定

该机的生产和处理计划保持不变，前提是该机的处理量基本保持不变，分别采用通用控制系统和先进控制系统运行72小时，过渡时间超过24小时，并利用MES机数据进行以下操作APC系统未使用的设备目标产品(二甲苯)的接收率为80.26%，APC系统投入使用的设备目标产品为80.78%，比APC系统投入使用后的目标产品(二甲苯)增加了0.52%，超过了0.3%的目标接收率。本装置未使用的APC系统综合能耗为303.84 kgo/t，APC系统综合能耗为301.48 kgo/t，APC系统综合能耗降低2.36 kgo/t，商定降低芳烃组合装置综合能耗统计结果表明，主要业务参数的标准偏差平均减少了30%以上，最高为85.72%，最低为30.24%，最低为42.38%。显着提高的稳定性为地图边框操作和优化控制奠定了良好的基础。裂缝排放与储层厚度之间也存在正线性趋势。随着压裂液粘度的降低，随着储层厚度的增加，压裂排放的增加趋势显着增强，特别是当压裂液粘度小于20cp时，压裂排放的变化趋势明显高于较高粘度表明压裂调节液粘度不少于20cp，有效控制裂缝位移变化幅度。不成体系与培训的可接受性积极相关。随着渗透性的提高，储层厚度的变化使得裂缝排放的增加更加明显，储层厚度的变化对渗透性较高的层的变化更加敏感。

3.3低温热发生蒸汽方案优化

（１）针对对二甲苯装置中的抽出液塔，常规设计采用空冷器冷却塔顶物料，操作压力为０．０３ＭＰａ，温度为１４８℃左右；优化设计采用加压操作方案，操作压力调整至０．４９ＭＰａ，塔顶温度升至２１９℃左右。优化设计后，抽出液塔塔顶冷凝交换热可以发生１．２ＭＰａ蒸汽，蒸汽量为８９．２ｔ/ｈ，满足装置内甲苯塔蒸汽重沸器、脱庚烷塔蒸汽重沸器等３个用户使用。（２）针对对二甲苯装置中的抽余液塔，优化设计同样采用加压操作方案，操作压力由常规设计的０．０３ＭＰａ调整至０．２３ＭＰａ，塔顶温度由常规设计的１５０℃左右升至１９０℃左右。优化设计后，抽余液塔塔顶冷凝交换热可发生０．６ＭＰａ蒸汽，蒸汽量为２５４．２ｔ/ｈ，可满足装置内歧化循环氢压缩机、重整油分馏塔进料蒸汽加热器、歧化稳定塔蒸汽重沸器、歧化汽提塔重沸器、苯塔蒸汽重沸器、异构化汽提塔蒸汽重沸器等６个用户使用需求，消耗蒸汽量约为１４５．７ｔ/ｈ；其余约１０８．５ｔ/ｈ的蒸汽送至蒸汽压缩系统提高蒸汽品质，为更多用户提供热量。因此，通过优化举例装置精馏塔操作参数设计，利用塔顶冷凝交换热发生低压蒸汽，为装置内多个蒸汽用户提供热源，大大提高了低温热的利用效率，减少了空冷器的使用台数，对二甲苯装置的节能降耗作用明显。

结束语

先进的控制技术(APC)是将生产系统监管纳入炼油企业的基础，也是炼油企业提高利润的重要手段。

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