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工藝簡介
重油催化裂化工藝流程是：蠟油和渣油混合后依次經(jīng)過提升管第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)，發(fā)生催化裂化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入主分餾塔分餾，反應(yīng)催化劑依次經(jīng)過一再、二再進(jìn)行催化劑再生，循環(huán)利用。在主分餾塔中，塔頂餾出粗汽油、液化氣、干氣，一起進(jìn)入吸收-穩(wěn)定單元；中部抽出粗柴油，去汽提塔，進(jìn)一步提純得到柴油；塔底得到油漿部分循環(huán)，部分外甩。在吸收-穩(wěn)定單元中，經(jīng)過吸收、解吸、穩(wěn)定等環(huán)節(jié)，得到合格的干氣、液化氣和穩(wěn)定汽油等產(chǎn)品，
需求分析
重油催化裂化裝置生產(chǎn)過程中面臨的主要問題有：原料組成變化較大，直接影響著反應(yīng)再生系統(tǒng)的平穩(wěn)操作，甚至?xí)䦟?dǎo)致再生器溫度較大波動，同時，再生系統(tǒng)溫度的大幅波動，降低了裝置摻渣比，影響裝置生產(chǎn)安全；汽油干點(diǎn)、柴油95%點(diǎn)和汽油飽和蒸汽壓等關(guān)鍵工藝指標(biāo)沒有在線質(zhì)量儀表，難以達(dá)到滿意的質(zhì)量控制效果；解吸塔和穩(wěn)定塔的塔釜重沸器面臨供熱不足的問題；各主要液位，如解吸塔、油氣分離器等液位難以控制；由于吸收、解吸、穩(wěn)定塔相互間耦合性強(qiáng)且約束條件多，常規(guī)控制難于達(dá)到較好的控制效果。以上情況都會造成工況波動大，產(chǎn)品質(zhì)量和收率不穩(wěn)定，裝置能耗較高。
在控制方面，常規(guī)控制主要是針對單輸入單輸出過程，很少考慮催化裂化過程內(nèi)在的高度耦合、大純滯后、多約束和強(qiáng)干擾等復(fù)雜特性，離實(shí)現(xiàn)裝置的優(yōu)化操作有相當(dāng)?shù)木嚯x。原有的一些溫度、液位串級控制系統(tǒng)也未能投運(yùn)，關(guān)鍵工藝變量基本上是靠人工調(diào)整流量單回路控制系統(tǒng)的設(shè)定值來達(dá)到生產(chǎn)要求。從催化裂化裝置的控制現(xiàn)狀分析中看出，常規(guī)的PID控制通常對工藝設(shè)備和生產(chǎn)過程的各種參數(shù)(如溫度、壓力、流量、液位等)分別加以控制，構(gòu)成一個個相互獨(dú)立的控制回路。常規(guī)的PID控制本質(zhì)上是一種單輸入單輸出(SISO)控制系統(tǒng)，它無法將相關(guān)的多個變量統(tǒng)籌考慮，協(xié)調(diào)控制。所以可采用多變量控制技術(shù)來解決裝置優(yōu)化問題。
控制產(chǎn)品質(zhì)量是裝置優(yōu)化控制的基礎(chǔ)，只有在產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，才能追求產(chǎn)品的產(chǎn)量最大和生產(chǎn)的消耗最小等效益指標(biāo)。在產(chǎn)品的質(zhì)量控制中，實(shí)時在線質(zhì)量分析數(shù)據(jù)是十分重要的。本裝置的質(zhì)量效益指標(biāo)(粗汽油干點(diǎn)、輕柴油95%點(diǎn)、穩(wěn)定汽油飽和蒸汽壓等)暫時沒有在線分析儀表檢測，為了提高質(zhì)量控制的效果，采用了相應(yīng)的工藝計算軟件和軟測量技術(shù)。
控制目標(biāo)
u 減少產(chǎn)品質(zhì)量波動、實(shí)現(xiàn)卡邊控制，主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低20%到60%；
u 合理調(diào)整反應(yīng)溫度、產(chǎn)品抽出溫度，減少生焦量、產(chǎn)氣量，提高輕油收率；
u 降低勞動強(qiáng)度，提高裝置的自動化水平。
先進(jìn)控制方案
重油催化裂化裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)建立重油催化裂化生產(chǎn)過程的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，包括先進(jìn)控制模型、工藝計算模型和軟測量模型；實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)深度和主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的在線測量。該先進(jìn)控制系統(tǒng)包括反應(yīng)－再生系統(tǒng)、主分餾系統(tǒng)和吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)三部分，共有24個被控變量、19個操縱變量和15個干擾變量。結(jié)合DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)安全、可靠的切換并設(shè)計便捷的操作界面。
應(yīng)用效果
重油催化裂化裝置應(yīng)用先進(jìn)控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是先控系統(tǒng)能夠適應(yīng)實(shí)際的操作工況，從而提高摻渣、提高液收和穩(wěn)定吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的工況。
由于吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)負(fù)荷很大，因此干氣的收率能否最大程度的降低取決于穩(wěn)定塔的負(fù)荷。在吸收系統(tǒng)的先控系統(tǒng)中，通過控制補(bǔ)充吸收劑流量，在穩(wěn)定油氣分離器和解吸塔塔釜液面的基礎(chǔ)上，達(dá)到穩(wěn)定塔進(jìn)料的最大化控制，一方面滿足吸收的要求，另一方面避免出現(xiàn)穩(wěn)定塔負(fù)荷超標(biāo)導(dǎo)致液化氣質(zhì)量問題。
在摻渣比專家控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用了多個輔助變量來適應(yīng)渣油油性變化和處理量變化等問題。解決了再生溫度滯后大、波動大的問題，達(dá)到提高摻渣和穩(wěn)定再生溫度的目的。
另外，在反應(yīng)和分餾系統(tǒng)加入了反應(yīng)深度控制和油漿外甩最小化的控制方案，而反應(yīng)深度的計算是結(jié)合經(jīng)典理論和實(shí)際裝置特點(diǎn)，采用多參數(shù)綜合計算結(jié)果來體現(xiàn)真正的反應(yīng)深度。通過控制合適的反應(yīng)溫度和油漿外甩的最小化，從而達(dá)到提高液收的目的。
先控系統(tǒng)投用后可以明顯降低各被控參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差下降值為42.73％，達(dá)到了穩(wěn)定操作的目的，為卡邊操作提供了有利條件。
在先控的軟測量系統(tǒng)投用后，各種產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有了較大的提高，主要是在軟測量系統(tǒng)投用后，操作人員通過軟測量系統(tǒng)實(shí)時的質(zhì)量預(yù)測進(jìn)行及時的操作調(diào)整，對產(chǎn)品質(zhì)量控制起到了及時的指導(dǎo)作用，為質(zhì)量的卡邊控制提供了條件。
圖1和圖2分別是重油催化裂化先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)前后部分重要變量的控制效果。圖3和圖4為主要軟測量變量化驗(yàn)室分析值與先控計算值對比效果。
效益分析
重油催化的先進(jìn)控制項(xiàng)目總體來說取得了很好的效果，實(shí)際投用率達(dá)到98％。先進(jìn)控制項(xiàng)目的實(shí)施，主要是增加了裝置的摻渣比，丙烯的回收率和裝置操作和質(zhì)量控制的平穩(wěn)性。不僅從操作穩(wěn)定性，對操作人員勞動強(qiáng)度的降低還是在經(jīng)濟(jì)效益上，都取得了很好的效果。
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)42%，從而提高系統(tǒng)平穩(wěn)性。汽油和柴油等主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低32.86％；先進(jìn)控制系統(tǒng)投用，應(yīng)用合適的先進(jìn)控制策略可以降低干氣中的丙烯含量，可以進(jìn)一步提高液收，從而提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用先進(jìn)控制，可以提高重催裝置的經(jīng)濟(jì)效益370.21萬元/年。
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