催化裂化分馏单元先进控制APC系统运行优化

(中国石化股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳，471012)

催化裂化装置APC完善提升项目，2019年提交中国石化股份有限公司总部进行批复立项；2019年7月项目开始启动，2019年8月完成初步设计；9月中旬，在原有APC服务器基础上，完成了更换APC服务器后的平台安装、通讯调试和APC软件安装；10月开展了装置阶跃测试；11月中旬对装置DCS进行了重新组态； 于此同时，10月底至11月下旬，建立了分馏塔控制器、粗汽油干点、轻柴油干点、干气C3+含量、液化气C2-和C5+含量、稳定汽油蒸气压等软测量的控制模型和软测量模型；12月初，完成详细设计； 12月上旬APC控制器开展了闭环调试和部分MV变量的试投用工作；12月底，APC系统正式连续运行。

催化裂化装置分馏单元先进控制系统包括了1个控制器(分馏塔控制器)和2个软仪表(粗汽油干点和轻柴油干点),主要涉及分馏单元中的分馏塔。

1 先进控制技术[1]概述

先进控制是通过安装于计算机上的特殊软件与DCS上的PID调节器配合应用，对装置进行综合调节，同时满足生产中多个控制要求的技术。因为外界运行环境不断变化，而且参数具有未知性、时变性、突变性以及不稳定性，复杂工业系统往往具有不可预测性，这时用来处理复杂工业系统采用常规PID控制效果不好，常规PID控制器很少考虑到变量之间的相互作用，而且是在被控参数产生偏差后才进行调节。由于装置变量之间总是存在相互作用，因此采用先进控制技术往往效果较好。先进控制器中包含有装置信息，根据来自系统外部的干扰信息和生产中的调节信息，先进控制器可以预测出装置未来的变化趋势。先进控制在满足了多个控制要求之后，能够根据操作人员设置的参数，进一步实现生产综合效益的最大化。

2 分馏先进控制器

催化裂化分馏塔的任务主要是把反应送来的油气混合物按沸点范围分割为富气、汽油、轻柴油和油浆等馏分，并保证各个馏分的质量符合规定的要求。

反再分馏先进控制器运行周期为30秒，分馏系统控制器内容如表1、表2和表3。

表1 操纵变量_MV

分馏系统先进控制器主要有以下控制指标：

(1)重要变量平稳控制。包括分馏塔顶温度、塔底温度、各侧线抽出温度以及回流罐液位和塔底液位的平稳控制。

(2)质量卡边控制。通过利用基于过程动态数学模型的软测量技术，该系统可以实时给出分馏塔塔底液位、温度及各产品质量，将其控制在合格的范围内，并对粗汽油、轻柴油产品实现质量卡边控制。

表2 前馈/扰动变量_FFW/DV

表3 被控变量_CV

(3)多变量协调。在各种工况下，自动选择操作变量MV，使其被控变量CV达到控制要求，使操作变量及其相关变量不超限。

(4)实时优化，节能降耗。在保证塔顶、塔底温度及产品质量合格的情况下，适当降低塔底换热器取热或塔顶回流量，实现节能降耗。

3 先进控制系统实施前后效果对比

3.1 分馏塔塔顶温度(℃)TI405.PV

从图1可知，2019年10月20日至2019年10月26日先进控制系统投用前趋势图与2019年12月16日至2019年12月22日先进控制系统投用后趋势图比较，先进控制系统投用后：分馏塔塔顶温度TI405.PV明显平稳，标准偏差由原来的0.770降为0.432，降低43.90%。

图1 分馏塔塔顶温度(℃)TI405.PV

3.2 分馏塔塔底温度(℃)TI454.PV

从图2可知，2019年10月20日至2019年10月26日先进控制系统投用前趋势图与2019年12月16日至2019年12月22日先进控制系统投用后趋势图比较，先进控制系统投用后：分馏塔塔底温度TI454.PV明显平稳，标准偏差分别由原来的6.420降为3.653，降低43.10%。

图2 分馏塔塔底温度(℃)TI454.PV

3.3 分馏塔油浆下返塔流量(t/h)FIC20102.PV

从图3可知，2019年10月20日至2019年10月26日先进控制系统投用前趋势图与2019年12月16日至2019年12月22日先进控制系统投用后趋势图比较，先进控制系统投用后：分馏塔油浆下返塔流量FIC20102.PV明显平稳，标准偏差分别由原来的6.513降为2.265，降低65.22%。

图3 分馏塔油浆下返塔流量(t/h)FIC20102.PV

3.4 分馏塔塔底液位(%)LIC401.PV

从图4可知，2019年10月20日至2019年10月26日先进控制系统投用前趋势图与2019年12月16日至2019年12月22日先进控制系统投用后趋势图比较，先进控制系统投用后：分馏塔塔底液位LIC401.PV明显平稳，标准偏差由原来的3.578降为0.974，降低72.78%。

图4 分馏塔塔底液位(%)LIC401.PV

3.5 粗汽油罐液位(%)LIC403.PV

从图5可知，2019年10月20日至2019年10月26日先进控制系统投用前趋势图与2019年12月16日至2019年12月22日先进控制系统投用后趋势图比较，先进控制系统投用后：粗汽油罐液位LIC403.PV明显平稳，标准偏差由原来的1.297降为0.717，降低44.72%。

图5 粗汽油罐液位(%)LIC403.PV

3.6 分馏塔单元的优化效果

(1)先进控制系统投用后，分馏塔塔顶、塔底、一中返塔气相及一层下气相温度等关键控制指标明显平稳，标准偏差降低分别降低43.90%、43.10% 、36.17% 及40.85%。

(2)先进控制系统投用后，在稳定分馏塔关键指标的基础上，通过软仪表技术，实现粗汽油干点和轻柴油干点的闭环控制，从而有利于装置质量控制。

(3)先进控制系统投用后，稳定了分馏塔塔底液位和粗汽油罐液位，从而为保证下游装置和该装置后续工序稳定运行提供有利条件。

(4)先进控制系统投用后，在保证塔顶、塔底温度及产品质量合格的情况下，适当降低塔底换热器取热或塔顶回流量，实现节能降耗。

4 先进控制系统实施总结

4.1 降低操作工的劳动强度

在实际生产过程中操作人员更关心控制器能否减轻他们的劳动强度并提高生产的稳定性。因此在控制器功能设计时，针对装置现况，增设了部分减轻操作工劳动强度的功能。操作人员只要输入产品质量相关量控制范围，控制器就完成其余所有的操作调整任务。

4.2 提高装置运行平稳率和安全性

先进控制器的首要任务就是充分利用其模型预测和多变量协调的特点，抵御外界扰动，保证装置的平稳操作。先进控制器投用后，各重要CV的波动明显减小，装置的操作不需人工干预，几个主要控制参数明显平稳，协调装置的物料平衡，使分馏塔设备的能耗大幅度下降，实现装置的安全、高产、低耗、节能和减排。