引言
PX中文名對二甲苯，是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于精對苯二甲酸（PTA）和對苯二甲酸二甲酯（DMT）生產(chǎn)。PX聯(lián)合裝置采用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，具有工藝流程和能量集成度高、產(chǎn)品收率高的優(yōu)點(diǎn)，從控制系統(tǒng)的角度看，使內(nèi)部擾動的傳播途徑和方式復(fù)雜化，因而對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制品質(zhì)提出了更高的要求。由于常規(guī)控制系統(tǒng)主要是從單輸入單輸出對象的角度來考慮問題，很難處理像精餾塔、加熱爐這樣具有多變量、有約束和強(qiáng)耦合這樣復(fù)雜過程控制問題。
本文從PX生產(chǎn)過程的特點(diǎn)出發(fā)，在DCS基礎(chǔ)上，實(shí)施PX聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)針對精餾塔（系）、加熱爐系統(tǒng)等工藝過程實(shí)施先進(jìn)控制，消除工況波動和單元設(shè)備之間的相互干擾，優(yōu)化控制方案，實(shí)現(xiàn)平衡控制和平穩(wěn)操作，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 PX 聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)總體框架
先進(jìn)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
PX聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)采用浙江中控軟件技術(shù)有限公司的先進(jìn)控制產(chǎn)品：先進(jìn)控制軟件平臺ESP-iSYS-A和高級多變量魯棒預(yù)測控制軟件APC-Adcon。其中，APC-Adcon通過ESP-iSYS-A、OPC Server與DCS之間進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通訊。
PX聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)包含16個精餾塔、7個加熱爐和2個反應(yīng)器。其中，按照工藝單元分成八個子控制器，分別是歧化單元子控制器、吸附分離單元子控制器、二甲苯異構(gòu)化單元子控制器、二甲苯分餾單元子控制器、F401加熱爐子控制器、F402加熱爐子控制器、F301加熱爐子控制器和歧化單元四合一加熱爐子控制器。先進(jìn)控制系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示。
在PX聯(lián)合裝置精餾塔先進(jìn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，被控變量選取主要為靈敏板溫度（溫差）、回流罐及塔釜液位；操縱變量是精餾塔回流、再沸流量（汽化率）、側(cè)線抽出量等；干擾變量主要選擇精餾塔進(jìn)料流量和溫度、塔頂壓力、空冷后溫度等。在加熱爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，被控變量主要選取出口溫度、氧含量和爐膛負(fù)壓等；操縱變量是燃料氣壓力、空氣進(jìn)量、爐出口壓力擋板等。另外，根據(jù)加熱爐支路出口溫度的情況，設(shè)計(jì)了加熱爐支路平衡系統(tǒng)。
在先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施過程中，以模型預(yù)測控制為主，專家控制系統(tǒng)為輔的方式實(shí)現(xiàn)對PX聯(lián)合裝置的先進(jìn)控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)裝置運(yùn)行過程中的某些特殊的工況和特殊工藝條件所需要必要、準(zhǔn)確、及時的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，從而保障裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，這些補(bǔ)償調(diào)節(jié)主要是來源于現(xiàn)場操作人員對特殊工況的操作經(jīng)驗(yàn)和特殊工藝下的特定調(diào)節(jié)，如異構(gòu)化單元的墊油活化過程。另外，對于二甲苯分餾單元二甲苯分餾塔和重整油分餾塔大滯后、長響應(yīng)時間的特殊情況，利用專家控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其控制。
在保證PX聯(lián)合裝置平穩(wěn)生產(chǎn)的前提下，先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了回流比優(yōu)化功能。也就是在精餾塔單元生產(chǎn)達(dá)到平穩(wěn)后，比較當(dāng)前回流比與操作人員設(shè)定回流比是否相符，如果偏差較大，則通過調(diào)節(jié)回流量和再沸量（或汽化率）的方式，將回流比逐漸調(diào)整至設(shè)定回流比，從而達(dá)到裝置優(yōu)化、提高裝置處理量和產(chǎn)量的目標(biāo)。
實(shí)施效果
2006年8月，PX聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)完成投運(yùn)。圖2~圖4和表1~表3分別給出了部分被控變量在先進(jìn)控制投運(yùn)前后的控制效果對比情況。
效果對比圖中，效果圖上半部分中黃色數(shù)據(jù)為被控變量的測量值。紅色數(shù)據(jù)為被控變量的設(shè)定值；下半部分圖中數(shù)據(jù)為該被控變量判斷是否投運(yùn)先進(jìn)控制系統(tǒng)的狀態(tài)開關(guān)，“0”為未投運(yùn)，“1”為已投運(yùn)。關(guān)鍵裝置參數(shù)效果圖與分析結(jié)果如圖2、3、4：
圖2 二甲苯再蒸餾塔靈敏板溫度先控投運(yùn)前后對比具體統(tǒng)計(jì)分析見表1。
圖3 鄰二甲苯塔靈敏板溫度先控投運(yùn)前后對比具體統(tǒng)計(jì)分析見表2。
圖4 循環(huán)塔底液位先控投運(yùn)前后對比
具體統(tǒng)計(jì)分析見表3。
根據(jù)PX聯(lián)合裝置各被控變量在先進(jìn)控制投運(yùn)前后的對比情況可知：先進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)施可以明顯提高各被控變量的平穩(wěn)性，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差下降達(dá)56%，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定操作的目的，并為“卡邊”優(yōu)化提供了有利的條件。
效益評估
先進(jìn)控制系統(tǒng)首先大大提高裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性，在此基礎(chǔ)上，針對各個精餾塔進(jìn)行“卡邊”優(yōu)化。例如：先進(jìn)控制投用前OX（鄰二甲苯）產(chǎn)品中OX含量波動較大，投用先控后OX的含量平穩(wěn)降低，逐漸接近質(zhì)量控制指標(biāo)。
投用PX聯(lián)合裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在通過穩(wěn)定生產(chǎn)過程、卡邊操作、減小回流比、優(yōu)化加熱爐運(yùn)行等手段而降低的燃料消耗量和增加的OX產(chǎn)品產(chǎn)量。在以下經(jīng)濟(jì)核算中，燃料油的價格按2700元計(jì)算，OX與C8+（含8個碳以上的烴）的差價按2000元計(jì)算，按360天/年計(jì)算，PX裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量按50Mt/a計(jì)算，歧化裝置的產(chǎn)品處理量按100Mt/a計(jì)算。
1）OX增產(chǎn)效益核算
(0.59+13)÷2×360×2000÷1000 =489 萬元
2）降低能耗效益核算
3.14÷1000×50×2700+0.56÷1000×100×2700=575.1萬元
兩項(xiàng)相加，PX聯(lián)合裝置投用先進(jìn)控制系統(tǒng)的直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到每年1064.1萬元。
結(jié)論
先進(jìn)控制系統(tǒng)在PX聯(lián)合裝置上得到了成功應(yīng)用。應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)與常規(guī)PID控制相比，重要生產(chǎn)參數(shù)自動維持在工藝和設(shè)備的許可范圍內(nèi)，使生產(chǎn)更安全，并把生產(chǎn)參數(shù)保持在優(yōu)化區(qū)域。減少主要過程變量的波動幅度達(dá)56%，從而提高系統(tǒng)平穩(wěn)性。同時，也大大減少了操作人員的勞動強(qiáng)度。優(yōu)化了精餾塔和加熱爐的操作，降低了PX聯(lián)合裝置的綜合能耗。使精餾塔卡邊操作，可以對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行卡邊操作，進(jìn)一步提高產(chǎn)品產(chǎn)量，從而提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。 |
