先进控制在醇酮装置中的应用

孙兆申 赵志红

(中国石油辽阳石化分公司 a.油化厂；b.芳烃厂，辽宁 辽阳 111003)

先进控制在醇酮装置中的应用

孙兆申a赵志红b

(中国石油辽阳石化分公司 a.油化厂；b.芳烃厂，辽宁 辽阳 111003)

某醇酮装置表盘控制系统采用常规PID控制，生产中存在反应滞后、参数波动大等缺点。为此，将北京清大华亿科技有限公司设计的先进控制应用于该装置并进行实际操作，从两个工段多个参数进行细致考核，先进控制下的操作波动减小，波动均方差减少都在20%以上，操作平稳率显著提高，同时装置的环己烷单耗降低了1.56kg/t。

先进控制 醇酮装置 环己烷单耗

随着先进控制技术的不断成熟和完善，目前国外各控制技术公司如AspenTech、Honeywell及Foxboro等都设计了各自的先进控制技术[1]，并且国外的流程工业也采用先进控制技术实现了平稳生产、节能降耗、质量卡边、提高产品收率和处理量的目标，获得了更多的经济效益。国内先进控制技术的开发应用相对较晚，近年来也得到了较快的发展，已经有不少研究者阐述了先进控制在不同化工装置的应用[2～4]。薄迎春等在炼油厂催化装置上实现了先进控制[5]；周猛飞等探讨了先进控制在延迟焦化装置的应用，生产过程的平稳性和控制精度得到了明显的改善[6]；李鑫等研究了先进控制在乙烯裂解炉的应用，提高了装置的平稳率，提升了双烯、碳四等产品的收率[7]；冒永生等对PTA装置氧化过程实现了优化与先进控制，实现了效益最大化[8]；罗斌等应用先进控制对废水厌氧进行了有效处理[9]。

中国石油辽阳石化精己二酸生产线上的中间装置——醇酮装置，采用环己烷无催化氧化法，以环己烷为原料，经贫氧空气氧化生产环己醇和环己酮混合物，即醇酮。该醇酮装置的表盘控制系统采用的是常规PID控制，生产过程中存在反应滞后、参数波动大等问题。为此，将北京清大华亿科技有限公司设计的先进控制技术应用于该装置并进行实际操作，以减小操作波动，提高操作平稳率，并降低装置的环己烷单耗。

中国石油辽阳石化醇酮装置的先进控制由北京清大华亿科技有限公司采用先进控制软件PACROS VSUPCC作为先进控制实施的基础平台，在其基础上为各生产单元开发出相应的多变量预估控制器。同时使用PACROS Observer软测量技术来实现装置关键质量的控制指标。包括运行平台、不可测变量在线实时观测器，变结构通用模型预估协调控制器、反应深度实时优化器、模型仿真与验证、控制系统的离线设计与组态、工程师界面及操作员界面等。

该醇酮装置由100#氧化工段、200#预浓缩-脱过氧化氢工段、300#蒸馏工段和400#尾气处理工段组成。针对醇酮装置的具体情况，先进控制系统(图1)均设计了200#与300#两个控制器，200#控制器主要针对洗涤塔D202，300#控制器主要针对第一脱烷塔D301和第二脱烷塔D302。各先进控制器所需的软测量参数由软测量系统提供。另外，系统还设计了一些其他功能模块，来实现特殊要求的功能。

图1 醇酮装置先进控制系统结构示意图

洗涤塔D202的作用是洗去产物中的酸性物质，保证产物中没有酸；第一脱烷塔D301的作用是分离出醇酮产物中90%的环己烷，提纯目标产物；第二脱烷塔D302是减压蒸馏塔，作用是分离出醇酮产物中剩余的环己烷。

2 先进控制投用效果

2.1系统投用率统计

先进控制系统自上线运行并调整以后，由于运行较平稳，加之车间加强了对操作人员的培训工作并下达了对先进控制系统投用的考核指标，除工艺原因不能投用的情况之外，总体上保持了较高的投用率。

表1是6月1日～8月31日系统考核标定期间醇酮装置200#控制器和300#控制器的操作变量MV和被控变量CV投用率统计数据(由于工艺原因未能投用的情况除外)。

表1 醇酮装置先进控制投用情况 %

从表1的数据可以看出，在具备调节手段的情况下，醇酮装置各先进控制器都保持了较高的投用率，MV和CV总体投用率达到了99%以上。

2.2控制性能数据对比

表2给出醇酮装置考核标定期间常规控制和先进控制投用前后重要变量的方差变化情况。

表2 醇酮装置过程控制性能数据对比

通过以上对比数据可以看出，醇酮装置先进控制投用后，洗涤塔D202液位和压差、第一脱烷塔D301塔顶和塔底温度、第二脱烷塔D302各段温度、醇酮重组分含量控制平稳性都有较大提高，波动均方差降低在20%以上。另外，洗涤塔D202水洗比效果改善不大，主要是由于水洗比采用区域控制，一般情况下不需要进行调解，常规控制和先进控制都比较平稳。

2.3操作平稳性

选取醇酮装置第一脱烷塔D301和第二脱烷塔D302先进控制系统投用前后的运行趋势进行对比，结果如图2～5所示。可以发现，投用先进控制后系统运行平稳性比常规控制时有所提高。

图2 D301常规控制趋势记录

图3 D301先进控制趋势记录

图4 D302常规控制趋势记录

图5 D302先进控制趋势记录

由图2、3可以看出，先进控制投用后，在工况大致相同的情况下，回流罐液位和塔底液位控制在小范围内波动，达到了平稳操作，参数波动情况更小，实现了安全生产的目的。

由图4、5可以看出，在进料量出现波动时，投用先进控制时，D302塔的塔顶、中部和塔底温度比常规控制波动范围要小。

由于先进控制运行平稳，参数优化较好，项目实施后醇酮装置醇酮环己烷的单耗降低了1.56kg/t，达到了节能降耗的目的。对提高醇酮装置的市场竞争力具有重要意义。

3 先进控制技术实施后的不足之处

先进控制技术实施之后，也存在一定的不足，当装置仪表出现虚假指示时，装置发生波动；装置开停车时，先进控制不能代替常规PID控制，先进控制就必须摘除。因此，化工生产还必须由操作工认真操作进行监盘。

4 结束语

中国石油辽阳石化精己二酸生产线上的醇酮装置，通过先进控制项目的实施，取得了预期的目标，操作平稳性得到提高，在相同条件下，关键被控变量波动均方差减少20%以上，装置环己烷单耗降低1.56kg/t，取得了良好的经济效益。

先进控制技术实施后，要求现场的工程技术人员切实掌握相关技术，才能使先进控制技术在生产过程中发挥更大的作用，取得更大的效益。

[1] 翟玉宏.多变量模型预估控制器设计及其应用[D].大连:大连理工大学,2005.

[2] 赵恒平.中国石化先进过程控制应用现状[J].化工进展,2015,34(4):930～934.

[3] 李平,王子威.间歇聚合反应过程的计算机控制及先进控制技术应用进展[J].化工进展,2004,23(8):841～845.

[4] 吕文祥,摆亮,黄德先,等.针对原油性质变化的常减压先进控制研究与应用[J].化工学报,2009,60(10):2522～2528.

[5] 薄迎春,范建国,魏玉平,等.OPC技术在催化装置分布式先进控制软件中的应用[J].化工自动化及仪表,2005,32(6):40～43.

[6] 周猛飞,王树青,金晓明.先进控制技术在延迟焦化装置的应用[J].化工自动化及仪表,2009,36(1):79～82.

[7] 李鑫,黄鑫,杨昆.先进控制策略在兰州石化乙烯裂解炉装置的研究与应用[J].化工自动化及仪表,2012,39(7):940～941.

[8] 冒永生,杨开香,王丽军.PTA装置氧化过程实时优化与先进控制[J].化工自动化及仪表,2012,39(9):1128～1132.

[9] 罗斌，王孟效，周红.先进控制算法在废水厌氧处理过程中的应用[J].化工自动化及仪表,2008,35(2):63～68.

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1000-3932(2016)06-0653-04

2016-04-05(修改稿)