250万t/年常减压蒸馏装置常压塔先进控制设计

张 鹏，杨丽燕

甘肃省酒泉市玉门矿区玉门炼油厂，甘肃 酒泉 735200

1 概述

玉门油田分公司炼油化工总厂“250万t/年常减压蒸馏装置先进控制”项目是由玉门油田分公司炼油化工总厂组织实施的中国石油天然气股份公司科研与技术开发项目。该项目计划在250万吨/年常减压蒸馏装置实施先进过程控制（APC）的应用，力争通过该项目的实施，提高装置产品质量控制水平、优化生产、降低能耗，提高玉门油田分公司炼油化工总厂自控水平。玉门油田分公司炼油化工总厂选用Honeywell公司RMPCT先进控制技术、石油大学模型和工艺计算软测量技术，由石油大学（北京）自动化研究所进行工程实施及技术服务。现以常压塔部分的先进控制设计为例，简述先进控制的设计。

2 总体控制目标

1）提高装置运行平稳率，稳定工艺操作，延长设备寿命，在产品质量、装置能耗、产品收率等因素之间实现卡边操作，发挥装置最大潜力，提高经济效益；

2）装置在处理量波动上有较大弹性，能够适应频繁的生产方案变化，避免生产波动，尽可能降低劳动强度，保证工艺平稳率在98%以上，保证装置能够达到三年一修的目标；

3）使用先进控制技术后，能够更好的解决原油调和比例（性质）的变化对操作平稳性和产品质量目标的影响（原油调和方案：以吐哈原油为主，掺炼玉门、塔指油）；

4）在产品质量上可实现卡边操作，清晰分割侧线产品，尽可能提高产品收率和柴汽比，装置总收率提高1%以上；

5）在不影响产品质量及收率的情况下，提高装置热回收率，使装置能耗降至10.4（千克标油/吨原油）以下；

6）平稳加热炉操作，防止加热炉进料出现偏流现象，防止炉管结焦，降低燃料耗量，提高加热炉热效率，保证热效率在90%以上；

7）能够适应常一线生产航煤、溶剂汽油、-35℃军柴，以及常二线生产液压油、不同凝固点柴油等生产方案的变化，并在不同方案下装置取得最大效益；

8）实现常压塔的露点计算，防止常压塔的露点腐蚀；

9）使用先进控制技术后，所有控制指标达到工艺控制目标的要求；

10）使用先进控制技术后，装置可增效益400万元/年以上。

3 常压塔先进控制系统功能设计

54层板，4层进料，汽提段共4层。常一41层，常二29层，常三19层和21层，常四11层；常顶循环51层出53层返，常一中37层出39层返，常二中21层出23层返。

3.1 常规控制

回流罐液位由常顶油流量控制。塔釜液位由常底油流量控制。塔底汽提蒸汽量可测量、可调节。顶温由常顶循流量调节，41层气相温度由顶回流量控制，二者串级。顶循返塔塔温度可测量、可调节。常一中抽出温度（37层液相）由抽出的分支两路流量（可测量）共同控制。常一中返塔温度可测量、由分支两路旁路阀位共同控制。常二中流量可测量、可调节。常二中返塔温度可测量、可调节。常一线抽出流量和汽提后流量可测量、可调节，汽提塔液位由汽提后流量控制。常二线抽出流量和汽提后流量可测量、可调节，汽提塔液位由汽提前流量控制。常三线抽出流量和汽提后流量可测量、可调节，汽提塔液位由汽提前流量控制。常四线抽出流量和汽提后流量可测量、可调节，汽提塔液位由汽提前流量控制。

3.2 先进控制

常顶汽油干点指标有要求，由顶温和41层气相温度控制，构造常顶汽油干点软测量仪表。常一线有3#航煤、200#溶剂油和-35C轻柴油等多种生产方案，闪点和馏程为质量控制指标，由常一线抽出量、常一中抽出温度（37层液相）、常一中抽出和返塔温度控制。应构造常一线馏程（如干点）软仪表。常二线有各种牌号柴油（凝点范围-20℃～+10℃）、液压油原料等多种生产方案，密度、闪点和馏程为质量控制指标，由常二线抽出量、常二中流量与返塔温度控制。应构造常二线馏程（如干点）软仪表。常三线有各种牌号柴油（凝点范围0℃～+26℃）生产方案，密度、闪点和馏程为质量控制指标，由常三线抽出量控制。应构造常三线馏程（如干点）软仪表。常压塔先进控制初步方案如下：

软测量仪表有：常二线干点（或90%点）、常二线闪点、常二线凝固点、常三线干点、常三线闪点、常三线凝固点、常四线2%点、常四线95%点、常顶露点。

各软测量仪表必须有化验分析数据进行校正。先进控制器被控变量可以选择以上软测量及其它重要操纵变量。 常压塔RMPCT控制器APCADCTL由以下9个被控变量、14个操纵变量和12个扰动变量组成，其控制器的具体控制方案为：

被控变量CV：

序号 位号 说明 性质CV1 SIC3102.PV 常压塔顶汽油干点 区间控制，优化目标：根据生产方案设定

CV2 SIC3103.PV 常一线航煤初馏点 区间控制，优化目标：根据生产方案设定CV3 SIC3104.PV 常一线航煤干点 区间控制，优化目标：根据生产方案设定CV4 SIC3107.PV常二线轻柴油初馏点区间控制，优化目标：卡下限CV5 SIC3108.PV常二线轻柴油90%点（或95%点） 区间控制，优化目标：卡上限CV6 SIC3111.PV常三线重柴油初馏点区间控制，优化目标：卡下限CV7 SIC3112.PV常三线重柴油90%点（或95%点） 区间控制，优化目标：卡上限CV8 SIC3116.PV 常四线蜡油2%点 区间控制，优化目标：卡下限CV9 SIC3117.PV 常四线蜡油97%点 区间控制，优化目标：卡上限

操纵变量MV：

序号 位号 说明 性质MV1 TIC3107.SP 常压炉出口温度给定值MV2 FIC3104.SP 顶循回流量给定值MV3 FIC3103.SP 顶冷回流量给定值MV4 FIC3107.SP 一线抽出量给定值 优化目标；卡上限MV5 FIC3210.SP 二线抽出量给定值 优化目标；卡上限MV6 FIC3209.SP 三线抽出量给定值 优化目标，卡上限MV7 FIC3211.SP 四线抽出量给定值MV8 FIC3203.SP 一中回流量给定值MV9 TI3103 顶循环返塔温度给定MV10 TIC3104.SP 一中回流返塔温度给定值MV11 FIC3105.SP 二中回流量给定值MV12 TIC3105.SP 二中回流返塔温度给定值MV13 FIC3106.SP 常压塔底蒸汽流量给定值MV14 FIQ3118.PV 常顶汽油出流量

4 常压塔动态机理模型

根据现场的温度测点，将常压塔分成4个塔段。可建立如下的动态机理模型：

11.2.1 原始模型

1）第一塔段（顶部一层至常一线以上）

2）第二塔段（常一线至常二线以上）

3）第三塔段（常二线至常三线以上）

4）第四塔段（常三线和常四线、汽化段以上）

5 结论

玉门炼化总厂的先进控制项目在建成后并没有得到很好的应用，国内使用的先进控制存在一个很大的问题：就是不能适应加工原料的变化。中国炼厂与国外油厂最大的不同就是：没有组分长期基本保持稳定的石油供给，很多都是掺炼不同组成的原油，掺炼的比例还时常变化，这样就造成了加工工况的改变，而先进控制的模型还不能适应这种变化。加之一些老炼厂的设备老化，自动化投用率较低，先进控制要在PID控制投用自动的前提下进行，那么改善仪表的完好率和自控率就成为了应用先进控制的首要任务。

这些不利因素也影响了先进控制在国内的发展和应用，尤其是把先进控制的理论结合到炼油化工企业的实际操作与应用中，还存在很多的问题有待于解决。当然，先进控制软件本身只是一种工具，要使先进控制技术在生产过程中发挥作用，还需要我们工程技术人员共同努力，需要装置上有经验的工艺工程师和控制工程师及计算机人员的密切配合 ，共同开发，共同维护，保证辨识模型的准确性和投控率，才能取得良好的经济效益。

[1]丁宝苍,等著.先进控制理论[M].电子工业出版社，2010-08-01.

[2]金晓明.先进控制技术应用实例.工业控制与企业信息化技术丛书[M].化学工业出版社.1版，2005-4-12.