乙烯裂解急冷水pH 值自动控制技术

张晏崧

(东北石油大学，黑龙江 大庆 163700)

急冷注碱单元是乙烯裂解生产中的重要环节之一，急冷水酸碱度波动问题长期困扰着国内石化企业。急冷水的pH 值过高，会使急冷水塔中的液体产生乳化现象。pH 值过低，会使急冷水和工艺水流经的设备产生腐蚀，严重影响生产装置的使用寿命，特别是对换热器的换热管产生腐蚀，严重的甚至会使换热管烧穿，造成整个装置停车。

为保证生产装置的长期平稳运行，有必要研发自动控制技术，对急冷水的pH 值实施自动控制。

1 pH 值自动控制系统硬件的开发

在硬件上改造急冷水和稀释蒸汽发生系统以及碱罐配碱系统和药剂注入系统设备，为实现自动控制提供基础物质保证。

1.1 装置配套仪表的改造

在急冷水塔的pH 值控制回路上，增加可抗油污的pH 传感器，改造碱注入工艺管线流程，增加变频计量泵，在急冷水循环泵入口注入碱液，实现注碱量的远程调节。

在工艺水汽提塔pH 值控制回路上，同样增加pH 值在线测量仪表，在确保pH 传感器能够及时准确提供在线检测数据的前提下，按照生产工艺需求，更换计量泵，确保计量泵的工作稳定性，同时增加变频调速器精确控制计量泵注入量。

在碱罐上增加NaOH 浓度传感器，为注碱控制系统提供碱浓度实时信息，同时为手工配置碱液时提供参考，提高配置碱液浓度的精度。

1.2 设计急冷水塔pH 值自动控制器

主要应对大滞后、非线性和耦合等因素，同时考虑pH 值在线数据、注碱的浓度和流量、工艺水流量等干扰因素的影响，使上述因素对急冷水塔pH 值影响降至最小程度。

1.3 设计工艺水汽提塔pH 值自动控制器

考虑急冷水的pH 值和流量、注碱的浓度和流量等因素的影响，使工艺水汽提塔pH 值完全达到工艺生产要求。

1.4 离线仿真研究

仿真研究急冷水塔pH 值自动控制器，离线研究大滞后、非线性、耦合等原因，同时考虑产量、注碱的浓度和流量、工艺水流量等因素对急冷水塔pH 值的影响，并依据研究结果，编制自动控制数据库，根据实际操作数据适当修正设计。

仿真研究工艺水汽提塔pH 值自动控制器，离线研究考虑急冷水的碱含量和流量、注碱的浓度和流量等因素的影响，并根据研究结果，适当修正设计。

建立DCS 用户界面，对急冷水塔pH 值自动控制器、工艺水汽提塔pH 值自动控制器的软硬件系统进行调试并投运。

2 pH 值自动控制软件系统的开发

在软件上编制一套自动控制数据库软件，通过经验数据判别，输出对应的注碱量，控制现场的执行器，实现自动控制，见图1。

图1 自动控制数据库软件程序图

通过编写控制运行公式，将变量范围切割成若干小范围区间，对应出经验数据表的经验配碱量，直接给定变频泵的输出，控制注碱量。总体分为2个阶段。第一阶段需要摸索工艺运行的经验数据，该项工作做的越充分、越有普遍性，经验数据表中的数据越丰富，最终控制注碱量才能越精准。达到最终限定pH 波动区间的目的。第二阶段积累足够的经验数据后，实现自动控制(见图2)。

图2 pH 自动控制系统运行路线

2.1 注碱量的设定

在DCS 上，按照经验数据表设定对应的注碱量，手动控制pH 值(见表1)。

表1 近海水下结构物的检测技术比较

2.2 pH 值的自动控制设定

手动控制成功后，将手动控制经验数据输入自动控制数据库中，作为变频泵输出调节的设定。当现场检测仪表检测信号反馈到数据库中时，数据库通过数据判别，可以对应寻找出手动控制经验数据和相应的变频泵转数，实现变频泵转数自动给定和变频调节，从而实现注碱量的自动给定，实现pH 值的自动控制。在实现自动控制的基础上，进一部详细分割控制区间(碱浓度、pH 值)，深化经验数据表的精细程度，实现数据实时判别输出，进而实现pH 值精细控制。

3 应用及效果

3.1 急冷水、稀释蒸汽系统pH 值控制稳定

从2011 年11 月上半月急冷水pH 自动调节系统投用后的运行情况看，急冷水、稀释蒸汽外排水的pH 值稳定，均在正常指标范围之内(见图3)。

图3 急冷水和外排水pH 值变化(2011 年11 月)

急冷水pH 值(6 号样)设定值为6，实际运行数据在5.89～6.57，从标定的15 天记录数据看，共计记录45 个在线数据。其中有2 个点实际运行数据超过设定值6 ±0.5，平稳率为95.56%。

外排水pH 值(10 号样)设定值为8，实际运行数据为7.87～9.13，完全满足生产运行需求。从标定的15 天记录数据看，共计记录45 个在线数据。其中11 月1～4 日系统投用初期pH 值小幅度波动，11 月4 日后，有1 个点实际运行数据超过设定值8 ±0.5，平稳率为96.97%。系统标定期间一直投用自动，自动化投用率为100%。

3.2 实现系统自动化控制

由于实现了碱注入泵自动调节，加之冲程较稳定，因此碱罐液位平稳降低，呈规律性变化。在减少室外岗位人员劳动负荷的同时，也保障装置的安全平稳运行(见图4)。

图4 碱泵冲程(2011 年11 月)

由图4 可见，由于碱注入泵改为变频调节，所以检泵冲程恒定不需要调节。依靠变频控制系统控制泵转数代替了频繁调节泵冲程的弊端。

项目实施后，通过碱浓度监测表，保证了配碱质量分数在12%左右，将一个变量变为一个恒定值，消除了pH 值调节的一个干扰因素。由于避免了大幅度频繁调整，pH 值稳定的同时，碱罐液位呈现规律性的变化(见图5)。

pH 值自动控制系统运行后，解决了乙烯裂解急冷水pH 值长期以来依靠岗位员工人为跟踪调整的情况。避免了由于每次配碱及碱泵冲程调整之后，急冷水、稀释蒸汽外排水的pH 值大幅度波动等事件发生。既满足急冷水系统pH 值平稳变化的需求，又在很大程度上降低了岗位员工的工作负荷。

图5 碱液浓度与液位消耗(2011 年11 月)

4 结论

(1)通过对急冷水塔注碱量的自动控制，消除大滞后、非线性、耦合、原料中含硫量、注碱的浓度、工艺水的碱含量和流量等因素对急冷水塔pH值影响，使急冷水塔pH 值保持平稳。通过控制进入工艺水汽提塔的注碱量，消除碱液浓度、急冷水的pH 值和流量对工艺水汽提塔pH 值的影响，使工艺水汽提塔pH 值保持平稳，完全达到生产工艺的要求，从而改善乙烯装置运行条件。

(2)实现了pH 值调节自动化控制。突破传统人工劳动强度大的弱点，延长急冷水、稀释蒸汽系统运行周期，保证装置长周期运行，克服滞后、非线性等干扰因素，将碱浓度等变化量转化为横定量，消除因此产生的干扰，编制数据库将标准运行数据作为输出控制信号依据，避免使用复杂数学模型，节省投资。