揚(yáng)子環(huán)丁砜抽提先進(jìn)控制解決方案

1. 服務(wù)對象

揚(yáng)子石油化工股份有限公司芳烴廠環(huán)丁砜抽提裝置

2. 工藝簡介

芳烴抽提裝置是以環(huán)丁砜為溶劑，根據(jù)芳烴、非芳烴在溶劑中的溶解度的不同，達(dá)到芳烴和非芳烴分離的目的。裝置中的抽提單元包含了一個由抽提塔，汽提塔，溶劑回收塔等塔組成的抽提塔系。抽提塔系的簡要流程如下圖1所示。

圖1 環(huán)丁砜抽提裝置流程圖

3. 原操作情況及存在問題

抽提塔作為芳烴抽提裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它的穩(wěn)定操作，對下游各塔的穩(wěn)定控制有至關(guān)重要的作用。按原來的常規(guī)控制方案，抽提塔的塔底、塔頂界面都通過與采出量串級來控制，但是，該塔受到眾多的不可測量的干擾因素影響，塔頂、塔底界面波動都很大，如果塔底界面采用串級控制，塔底采出量將波動很大，可能導(dǎo)致下游汽提塔進(jìn)入非正常工況。

為了避免串級控制帶來大波動，該塔的塔底界面實(shí)際控制方式一直為手動。但手動控制的不及時和人為因素的干擾，使該塔的界面波動很大，經(jīng)常接近報警的區(qū)域，影響了工況的穩(wěn)定。

汽提塔原來通過蒸汽來控制其壓力，但如果該塔的塔釜溫度太高，會導(dǎo)致該塔進(jìn)入非正常工況，所以該塔由原來的串級控制改為手動控制，通過蒸汽來穩(wěn)定塔釜溫度，且保證壓力在一定范圍內(nèi)。但是，當(dāng)進(jìn)料溫度和蒸汽熱值改變時，會引起塔釜溫度和壓力的超出指標(biāo)范圍。

回收塔原來的控制方案是由加熱蒸汽來控制組分控制，因為組分控制器由于部分儀表已經(jīng)無法使用，所以該塔控制目標(biāo)改為塔釜溫度，控制方式也改為手動。

苯塔原來是通過串級來控制塔的進(jìn)料溫度和苯塔的側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量，由于工藝改變，該塔串級無法使用，控制方式改為手動。因為該塔的滯后很大，經(jīng)常過渡采出和不完全采出，控制效果很不理想。

4. 控制目標(biāo)

預(yù)計芳烴抽提裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)后，整個塔系將具有更好的抗干擾性，能綜合協(xié)調(diào)各個過程的控制變量，使生產(chǎn)過程更加平穩(wěn)，減輕操作工勞動強(qiáng)度，降低操作成本。同時實(shí)現(xiàn)下列控制目標(biāo)：

以平穩(wěn)操作、節(jié)能降耗為主要目標(biāo)，當(dāng)先進(jìn)控制系統(tǒng)投用后，抽提塔界面、汽提塔壓力、回收塔溫度等過程控制變量的均方差減小50%以上；

使抽提系統(tǒng)各參數(shù)協(xié)調(diào)操作，減少裝置影響產(chǎn)品達(dá)8個小時以上的波動次數(shù)，將抽提塔系的年波動次數(shù)降低到每年2次以下；

同時與常規(guī)控制相比，在同等溶劑消耗條件下，使回收塔塔頂回流比降低5%以上，能耗降低2%以上；

能有效的解決回收塔、汽提塔、抽提塔及苯塔的關(guān)聯(lián)，優(yōu)化回路塔、汽提塔、抽提塔和苯塔的操作，降低溶劑的含水量和烴含量，進(jìn)而將芳烴收率由目前的97.5％提高到99.0％；

在裝置的條件改善的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高芳烴收率和降低溶劑消耗，溶劑消耗降低5%。

從而，最大限度的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，優(yōu)化過程工作點(diǎn)，有效地提高生產(chǎn)率、降低能耗，為企業(yè)帶來最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

5. 先進(jìn)控制方案

在橫河CS3000集散控制系統(tǒng)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)上, 通過合理有效的實(shí)驗設(shè)計和實(shí)驗測試，得到真實(shí)有效的實(shí)測數(shù)據(jù)，利用APC-Adcon預(yù)測控制軟件包中的辨識軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并辨識得到對象的脈沖響應(yīng)矩陣形式的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)辨識出的數(shù)學(xué)模型建立APC-Adcon預(yù)測控制軟件包所需的內(nèi)部模型，并根據(jù)實(shí)際工藝特點(diǎn)和要求選取合理的參考軌跡、調(diào)節(jié)變量約束、被控變量約束、控制結(jié)構(gòu)，以得到APC-Adcon預(yù)測控制器。

首先應(yīng)用此控制器控制與內(nèi)部模型相同的仿真對象進(jìn)行仿真分析和研究；然后應(yīng)用此控制器控制與內(nèi)部模型存在一定差異的仿真對象（模型不匹配情形）進(jìn)行仿真分析和研究，以檢驗控制系統(tǒng)的抗不確定和干擾能力，接著把所設(shè)計的控制系統(tǒng)引入CS3000集散控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時仿真研究和分析。在大量仿真和實(shí)驗分析與研究的基礎(chǔ)上，投運(yùn)多變量預(yù)測控制系統(tǒng)。

6. 先進(jìn)控制系統(tǒng)軟硬件連接

采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制上位機(jī)與DCS系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通訊。

7. 先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施步驟

建立DCS與先進(jìn)控制的通訊：該裝置原有常規(guī)控制建立在日本橫河公司的集散控制系統(tǒng)CENTUM-CS3000系統(tǒng)上，先進(jìn)控制系統(tǒng)新增一臺工控機(jī)作為先控操作站，該操作站通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與DCS上的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通訊；

功能分析：主要對芳烴抽提各塔過程工藝和常規(guī)控制狀況深入了解，合理選擇MV（操作變量）, CV（受控變量）和DV（干擾變量）；

常規(guī)控制回路改造：調(diào)校流量計和閥門；

過程實(shí)驗：測試信號應(yīng)用于過程操作變量以便得到估計模型參數(shù)所必需的數(shù)據(jù)。一般做實(shí)驗時為得到有效的數(shù)據(jù)，需連續(xù)加數(shù)個階躍信號，以實(shí)現(xiàn)充分激勵；

過程模型辨識：將由過程實(shí)驗得到的數(shù)據(jù)通過APC-Adcon軟件包的HIDENT多變量模型辨識軟件預(yù)處理，辨識得到芳烴抽提400#的多變量過程模型；

控制結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)用戶指標(biāo)和要求，在控制器結(jié)構(gòu)中定義控制目標(biāo)、變量約束和動態(tài)最優(yōu)化；

離線仿真：仿真測試所設(shè)計的控制器，離線測試使得在實(shí)際過程應(yīng)用更容易和安全；

在線仿真：將設(shè)計好的芳烴抽提控制器轉(zhuǎn)到先控上位機(jī)，進(jìn)行實(shí)時在線仿真；

先控與常規(guī)控制的切換：在DCS上通過編程實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和常規(guī)控制的靈活和簡便的切換；

現(xiàn)場投運(yùn)及調(diào)整：在不同運(yùn)行條件下檢測控制結(jié)構(gòu)，將實(shí)現(xiàn)的控制器應(yīng)用到過程中，對生產(chǎn)過程進(jìn)行在線實(shí)時控制。

8. 先進(jìn)控制效果

先控系統(tǒng)投運(yùn)后，其效果很明顯，下面對常規(guī)控制和先進(jìn)控制作一個比較：

（1） 溶劑回收塔塔底溫度比較如圖2：

圖2 溶劑回收塔塔底溫度比較圖

（2） 抽提塔塔底界面、塔頂界面控制比較如圖3：

圖3 抽提塔塔底界面、塔頂界面控制比較圖