引言
PX中文名對二甲苯，是一種重要的有機化工原料，主要用于精對苯二甲酸（PTA）和對苯二甲酸二甲酯（DMT）生產。PX聯合裝置采用國內外的先進技術，具有工藝流程和能量集成度高、產品收率高的優點，從控制系統的角度看，使內部擾動的傳播途徑和方式復雜化，因而對控制系統設計和控制品質提出了更高的要求。由于常規控制系統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、有約束和強耦合這樣復雜過程控制問題。
本文從PX生產過程的特點出發，在DCS基礎上，實施PX聯合裝置先進控制系統，重點針對精餾塔（系）、加熱爐系統等工藝過程實施先進控制，消除工況波動和單元設備之間的相互干擾，優化控制方案，實現平衡控制和平穩操作，以獲得最佳的技術經濟效益。
圖1 PX 聯合裝置先進控制系統總體框架
先進控制系統基本結構
PX聯合裝置先進控制系統采用浙江中控軟件技術有限公司的先進控制產品：先進控制軟件平臺ESP-iSYS-A和高級多變量魯棒預測控制軟件APC-Adcon。其中，APC-Adcon通過ESP-iSYS-A、OPC Server與DCS之間進行數據雙向通訊。
PX聯合裝置先進控制系統包含16個精餾塔、7個加熱爐和2個反應器。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。先進控制系統總體構架如圖1所示。
在PX聯合裝置精餾塔先進控制系統的設計中，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）、側線抽出量等；干擾變量主要選擇精餾塔進料流量和溫度、塔頂壓力、空冷后溫度等。在加熱爐先進控制系統的設計中，被控變量主要選取出口溫度、氧含量和爐膛負壓等；操縱變量是燃料氣壓力、空氣進量、爐出口壓力擋板等。另外，根據加熱爐支路出口溫度的情況，設計了加熱爐支路平衡系統。
在先進控制系統實施過程中，以模型預測控制為主，專家控制系統為輔的方式實現對PX聯合裝置的先進控制系統。專家控制系統主要是實現現場生產裝置運行過程中的某些特殊的工況和特殊工藝條件所需要必要、準確、及時的補償調節，從而保障裝置的平穩生產，這些補償調節主要是來源于現場操作人員對特殊工況的操作經驗和特殊工藝下的特定調節，如異構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、長響應時間的特殊情況，利用專家控制系統實現其控制。
在保證PX聯合裝置平穩生產的前提下，先進控制系統設計了回流比優化功能。也就是在精餾塔單元生產達到平穩后，比較當前回流比與操作人員設定回流比是否相符，如果偏差較大，則通過調節回流量和再沸量（或汽化率）的方式，將回流比逐漸調整至設定回流比，從而達到裝置優化、提高裝置處理量和產量的目標。
實施效果
2006年8月，PX聯合裝置先進控制系統完成投運。圖2~圖4和表1~表3分別給出了部分被控變量在先進控制投運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據為被控變量的測量值。紅色數據為被控變量的設定值；下半部分圖中數據為該被控變量判斷是否投運先進控制系統的狀態開關，“0”為未投運，“1”為已投運。關鍵裝置參數效果圖與分析結果如圖2、3、4：
圖2 二甲苯再蒸餾塔靈敏板溫度先控投運前后對比具體統計分析見表1。
圖3 鄰二甲苯塔靈敏板溫度先控投運前后對比具體統計分析見表2。
圖4 循環塔底液位先控投運前后對比
具體統計分析見表3。
根據PX聯合裝置各被控變量在先進控制投運前后的對比情況可知：先進控制系統的實施可以明顯提高各被控變量的平穩性，平均標準偏差下降達56%，實現了穩定操作的目的，并為“卡邊”優化提供了有利的條件。
效益評估
先進控制系統首先大大提高裝置運行的平穩性，在此基礎上，針對各個精餾塔進行“卡邊”優化。例如：先進控制投用前OX（鄰二甲苯）產品中OX含量波動較大，投用先控后OX的含量平穩降低，逐漸接近質量控制指標。
投用PX聯合裝置先進控制系統產生的經濟效益主要體現在通過穩定生產過程、卡邊操作、減小回流比、優化加熱爐運行等手段而降低的燃料消耗量和增加的OX產品產量。在以下經濟核算中，燃料油的價格按2700元計算，OX與C8+（含8個碳以上的烴）的差價按2000元計算，按360天/年計算，PX裝置的產品產量按50Mt/a計算，歧化裝置的產品處理量按100Mt/a計算。
1）OX增產效益核算
(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
兩項相加，PX聯合裝置投用先進控制系統的直接經濟效益達到每年1064.1萬元。
結論
先進控制系統在PX聯合裝置上得到了成功應用。應用先進控制系統與常規PID控制相比，重要生產參數自動維持在工藝和設備的許可范圍內，使生產更安全，并把生產參數保持在優化區域。減少主要過程變量的波動幅度達56%，從而提高系統平穩性。同時，也大大減少了操作人員的勞動強度。優化了精餾塔和加熱爐的操作，降低了PX聯合裝置的綜合能耗。使精餾塔卡邊操作，可以對產品質量進行卡邊操作，進一步提高產品產量，從而提高裝置的經濟效益。 |
