延遲焦化的操作特點(diǎn)

1延遲焦化的操作特點(diǎn)前言隨著把握理論的進(jìn)展、計(jì)算機(jī)性能的提高，一些簡(jiǎn)潔的高級(jí)把握方法〔即先進(jìn)把握技術(shù)〕不斷涌現(xiàn)，以解決時(shí)變性強(qiáng)、強(qiáng)耦合、非線性和大時(shí)滯等過程把握問題。在這些型的把握技術(shù)中，最為突出的是(MPC)出軌跡與期望軌跡的距離，作為把握質(zhì)量指標(biāo)，求得最優(yōu)的把握策略。反響校正、在線滾動(dòng)優(yōu)化，以解LP/QP技術(shù)，將過程推向約束的極限。利用先進(jìn)把握技術(shù)滿足裝置安全平穩(wěn)操作的要求、提高裝置加工力氣和高附加值產(chǎn)品收率,是國(guó)內(nèi)外煉化汽油普遍承受的技術(shù)手段,目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)把握技術(shù)主要應(yīng)用在常減壓、催化裂化和聚丙烯等裝置。由于延遲焦化是既結(jié)焦又不結(jié)焦、既連續(xù)又間歇的生產(chǎn)特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)尚無成功的焦扮裝置先進(jìn)把握經(jīng)驗(yàn)。隨著中石化股份公司APC2023年7月該工程試啟動(dòng)，隨后投入試運(yùn)行。迄今為止，該工程運(yùn)行性能良好，完全到達(dá)了預(yù)期的增加裝置的抗干擾力氣,提高目的產(chǎn)品收率和削減能耗的把握效果。焦扮裝置概述生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介福建煉化公司6024小時(shí)，除焦周期進(jìn)展冷焦、除焦、試壓、預(yù)熱和換塔等步驟操作。裝置原料為減壓渣油，補(bǔ)充局部催化油漿，主要產(chǎn)品包括焦化干氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦。裝置把握系統(tǒng)為Honeywell公司的TPS，先控平臺(tái)為APPNODE。先進(jìn)把握軟件使用HoneywellRMPCT。延遲焦化的操作特點(diǎn)由于焦炭塔冷一熱態(tài)周期性切換,物料和熱量損失較大，該過程使進(jìn)入分餾塔的物料和熱能輸入量明顯下降，分餾塔底、蒸發(fā)段溫度隨之下降〔約10-1℃熱爐熱負(fù)荷，爐出口溫度產(chǎn)生擾動(dòng)。因此，進(jìn)展焦炭塔周期性切換操作時(shí)，為削減擾動(dòng)，保證操作平穩(wěn)和質(zhì)量合格，應(yīng)對(duì)操作過程進(jìn)展調(diào)整。,如塔的預(yù)熱和切換要緩慢，加熱爐溫度要燒高，調(diào)整分餾塔底和蒸發(fā)段的溫度,適當(dāng)降低產(chǎn)品出裝置流量等。在以PID把握為主的回路把握狀況下，往往操作在偏離最優(yōu)的保守狀態(tài)，需要人工關(guān)心操作，或切為手動(dòng)，憑閱歷調(diào)整，調(diào)整效能差，時(shí)間長(zhǎng)，不能充分發(fā)揮裝置的潛力,迫切需要實(shí)施先進(jìn)把握。焦扮裝置先進(jìn)把握器把握策略多變量預(yù)估把握器是一個(gè)具有多變量、多目標(biāo)的把握器，在正常生產(chǎn)過程中，該把握器可使多個(gè)受控變量分別操作在其各自允許的范圍內(nèi)，始終處于受控狀態(tài)。在建立焦扮裝置多變量預(yù)估把握器的過程中，依據(jù)裝置的特點(diǎn)，考慮到分餾上部對(duì)穎進(jìn)料、分餾塔底部、加熱爐、焦碳塔四大局部的影響較弱，因而在把握策略上把流程分為反響、分餾兩局部，分別用兩個(gè)把握器實(shí)現(xiàn)先進(jìn)把握。反響局部包括原料預(yù)熱，加熱爐，焦炭塔，分餾塔重蠟油集油箱以下局部。分餾局部包括分餾塔重蠟油集油箱以上局部。將響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較小的反響局部用一個(gè)把握器把握，而將響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的分餾局部用另一個(gè)把握器把握，可加快加熱爐把握器的響應(yīng)速度，還減小了把握矩陣的維數(shù)，可得到較好的把握品質(zhì)。以到達(dá)平穩(wěn)操作，著重于抵抗焦炭塔切換帶來的干擾；保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低質(zhì)量波動(dòng)；依據(jù)裝置的原料供給狀況，在不違反加熱爐最高管壁金屬溫度和焦炭塔最終焦高約束的前提下，在提高裝置處理量，提高餾份油收率與提高輕油收率間進(jìn)展優(yōu)化；降低焦炭收率和降低裝置能耗等主要目標(biāo)。把握器主要模型的選取思路：循環(huán)比轉(zhuǎn)變對(duì)流進(jìn)分餾塔上、下進(jìn)料量的比例可轉(zhuǎn)變聯(lián)合循環(huán)比，聯(lián)合循環(huán)比增加會(huì)明顯降低裝置的處理力氣，增加輕油、焦炭和氣體收率，但總液收削減，因此，聯(lián)合循環(huán)比是權(quán)衡裝置處理力氣和產(chǎn)品分布的關(guān)鍵變量。焦炭塔塔切換會(huì)使聯(lián)合循環(huán)比大幅度波動(dòng)，造成人字塔板上方油汽溫度的變化，給分餾塔上部的操作帶來擾動(dòng)，也會(huì)造成下進(jìn)料的流量和溫度的波動(dòng)，導(dǎo)致加熱爐進(jìn)口溫度的波動(dòng)，影響加熱爐的操作及處理力氣。因此，在這個(gè)部位，APC把握器的首要目標(biāo)是在各種約束均能滿足的前提下，將聯(lián)合循環(huán)比把握在合理的范圍內(nèi)，并加強(qiáng)APC把握器的抗干擾力氣，特別是補(bǔ)償塔切換擾動(dòng)的力氣。爐出口溫度爐出口溫度是加熱爐最主要的把握指標(biāo)，對(duì)裝置的焦炭產(chǎn)率和輕油收率有較大的影響。一般而言，提高爐出口溫度56〔相對(duì)值加工高焦炭收率原料時(shí)，爐管結(jié)焦的傾向低，加熱爐的負(fù)荷也低，提高加熱爐出口溫度后焦炭產(chǎn)量下降的幅度大，因此，保證加熱爐出口溫度的穩(wěn)定是相當(dāng)重要的。而且承受調(diào)整爐出口溫度的上限的操作策略，依據(jù)原料性質(zhì)及爐管的結(jié)焦傾向適度提高爐出口溫度的上限以降低焦炭收率。因此加熱爐APC把握器的最主要任務(wù)是平穩(wěn)爐出口溫度，使其更接近上下限，有利于降低焦炭產(chǎn)量或提高處理量，并兼顧煙氣氧含量。焦炭塔周期性操作抑制周期性操作的干擾是對(duì)APC把握器的重要要求，焦炭塔的操作的干擾大事的幅度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大事的模型的精度也格外有限，因此在設(shè)計(jì)把握器時(shí)必需抓住抑制干擾的要點(diǎn)，著重抑制熱量變化造成的干擾，適當(dāng)兼顧物料平衡變化造成的干擾。焦炭塔的操作是一個(gè)周期性的過程。在暖塔、小吹汽和大吹汽階段，進(jìn)入分餾塔過熱段的熱量和物料會(huì)發(fā)生較大變化，給系統(tǒng)的操作帶來不同程度的擾動(dòng)。由于暖塔、改平衡的油氣量和小吹汽的蒸汽量均沒有測(cè)量，大吹汽時(shí)油氣產(chǎn)物流量的下降也難以度量，因此，在APC把握器中，我們將這幾個(gè)周期性的擾動(dòng)定義為大事擾動(dòng)，由塔中某三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度變化的斜率觸發(fā)。焦炭塔切換的三個(gè)大事的擾動(dòng)幅度、變化特性及持續(xù)時(shí)間都不一樣，因此針對(duì)不同大事的特點(diǎn)必須制定合理出相應(yīng)的把握策略。預(yù)熱在預(yù)熱暖塔階段，老塔的操作狀態(tài)并未轉(zhuǎn)變，但因局部油氣用于塔預(yù)熱，進(jìn)入分餾塔的熱量和物料削減，形成擾動(dòng)。按工藝特點(diǎn)可將該階段劃分為兩個(gè)子階段。在第一個(gè)子階段內(nèi)兩個(gè)焦炭塔的壓力未到達(dá)平衡。最初，塔內(nèi)壓力很低，在某一暖塔閥位下，會(huì)因壓差大，產(chǎn)生很大的暖塔流量，隨塔壓力的增高，流量削減，直至兩塔壓力平衡，流量趨于穩(wěn)定。這一子階段中暖塔流量全部用于焦炭塔升溫、升壓，對(duì)分餾塔的擾動(dòng)較大，時(shí)間大約持續(xù)1小時(shí)。有閱歷的操作員傾向于承受分階段轉(zhuǎn)變暖塔閥位的策略，以削減物料變化的干擾，但調(diào)整閥位的頻率和幅度均無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。使用APC把握器的抵抗大事干擾的最根本方法是將其假設(shè)為一個(gè)幅度按規(guī)律變化的擾動(dòng)序列，作為把握器的前饋，而無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的操APC把握器抗干擾功能的先決條件。在其次個(gè)子階段中，暖塔流量已不再變化，但由于暖塔流體與塔壁的傳熱溫差減小，而散熱所占的取熱比例越來越大，對(duì)分餾塔的影響幅度快速變小，但需經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間才能趨于穩(wěn)，在模型識(shí)別的過程中考察和建立標(biāo)準(zhǔn)化的操作員干預(yù)程序。切換塔當(dāng)塔溫度升至360油氣線進(jìn)分餾塔，這一階段稱為小吹汽。此時(shí)，塔內(nèi)液相存量很低，反響進(jìn)展得不完全，渣油的轉(zhuǎn)化率低，裂化產(chǎn)率低，然而，老塔內(nèi)的高溫油品仍將連續(xù)反響，并被蒸汽汽提至分餾塔，分餾塔進(jìn)料總量得到確定的補(bǔ)償。這一階段也可分為兩個(gè)子階段：在第一子階段，因蒸汽突然進(jìn)入高溫的焦炭塔，使塔內(nèi)烴分壓陡然下降，輕質(zhì)油品大量蒸發(fā)。在現(xiàn)場(chǎng)可觀看到分餾塔人字擋板頂部溫度降低，而塔頂壓力、溫度上升，說明進(jìn)入分餾塔的重組重量削減，而輕組重量增加的幅度很大。由于，老塔內(nèi)油品大量蒸發(fā)導(dǎo)致焦炭塔內(nèi)輕組重量削減，又由于無熱量輸入，蒸發(fā)導(dǎo)致溫度下降，蒸發(fā)量漸漸削減，焦炭塔塔壓和塔頂溫度開頭回落，15分鐘左右恢復(fù)到正常值。在這一子階段中，補(bǔ)償干擾的方法與其它各階段均有所不同，前者著重增加塔上部的冷卻負(fù)荷，后者著重增加塔下部的冷卻負(fù)荷；在其次個(gè)子階段，裂解反響30~45分鐘。我們對(duì)小吹汽階段模式識(shí)別的要點(diǎn)是設(shè)法確定第一子階段擾動(dòng)的峰值及其次子階段終止時(shí)的擾動(dòng)幅度。大吹汽小吹汽完畢后，關(guān)閉老塔油氣線隔斷閥，加大老塔的吹汽量，吹掃后的蒸汽去接觸冷切塔。在大吹汽期間由于塔內(nèi)液相料位低，裂解反響進(jìn)展不充分，生成的油氣產(chǎn)物少，故進(jìn)入分餾塔的熱量和物料較小吹汽末期進(jìn)一步削減，因此大吹汽期間消滅了最大干擾。隨著焦炭塔內(nèi)液體料位不斷增高，裂解反應(yīng)漸漸趨于充分，這一階段要經(jīng)過約2小時(shí)到達(dá)平穩(wěn)。假設(shè)假設(shè)液體在焦炭塔內(nèi)的轉(zhuǎn)化與液位成正比，則在這一期間內(nèi)，進(jìn)料量和熱量變化對(duì)分餾塔干擾的幅度可近似為與大吹汽持續(xù)時(shí)間成正比，因此，大吹汽階段模式識(shí)別主要是依據(jù)老塔壓力下降幅度確定初期的擾動(dòng)幅度并建立和測(cè)試觸發(fā)大事的判據(jù)。焦高原料油經(jīng)輻射段加熱后，經(jīng)四通閥進(jìn)入焦碳塔底部。高溫焦化油在焦炭塔內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)展裂解、縮合等反響，生成焦炭和油氣。隨著焦炭塔累計(jì)進(jìn)料量的增加，焦炭塔中料位及其上方的泡沫層不斷增高，可能會(huì)消滅沖塔事故。為避開該現(xiàn)象的發(fā)生，焦炭塔設(shè)有中子料位儀，供給焦位到達(dá)三個(gè)不同高度時(shí)的時(shí)間。假設(shè)中子料位儀消滅焦位指示的時(shí)間過早，就可能會(huì)消滅沖塔事故，需準(zhǔn)時(shí)從塔頂注入消泡劑降低泡沫層高度或削減進(jìn)料量。但是，中子料位儀并不能隨時(shí)反映焦炭累積的速率，在焦炭塔切換的初、中APC把握器可實(shí)時(shí)地推想最終焦高，并用中子料位儀校正，以提高推想值的牢靠性，為充分發(fā)揮焦炭塔的潛能供給了前提。產(chǎn)品質(zhì)量裝置以柴油干點(diǎn)和蠟油10增產(chǎn)高價(jià)值的柴油是分餾塔的主要操作目標(biāo)之一，但還需兼顧蒸汽的發(fā)生及原料的預(yù)熱，所涉及的調(diào)整手段有柴油回流、中段回流、蠟油循環(huán)的三個(gè)取熱量以及柴油、蠟油產(chǎn)品抽出量等，具有明顯的多變量的特點(diǎn)，APC把握器可更好地協(xié)調(diào)各調(diào)整變量的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量卡邊操作。焦扮裝置還需能抵抗焦炭塔切換所帶來的對(duì)柴油、蠟油質(zhì)量的重大擾動(dòng)，因而，增加APC把握器抑制擾動(dòng)的力氣對(duì)改善產(chǎn)品的質(zhì)量把握也很重要。主要變量的選取CMD以分餾把握器為例，我們?cè)诜逐s系統(tǒng)把握器選擇了13個(gè)操作變量作為把握目標(biāo)，8個(gè)受控變量作為受控指標(biāo)，5個(gè)干擾變量作為計(jì)算和預(yù)估，分餾塔把握器的有關(guān)變量見表13。位號(hào)描述TI7202.PV分餾塔頂溫度NAP90.PV90%點(diǎn)位號(hào)描述TI7202.PV分餾塔頂溫度NAP90.PV90%點(diǎn)FIC7201.OP頂循環(huán)回流流控閥位LCO90.PV90%點(diǎn)TI7911.PV柴油抽出溫度CGO10.PV10%TI7210.PV焦化蠟油抽出溫度2-分餾塔把握器MV列表位號(hào)位號(hào)描述FIC7201.SP分餾塔塔頂循環(huán)量FIC7207.SPFIC7207.SP貧柴油吸取劑流量FIC7201.OP頂循環(huán)回流流控閥位LCO90.PVTI7911.PV柴油抽出溫度位號(hào)描述SW01ST焦炭塔暖塔大事SW011ST焦炭塔改平衡大事SW02ST焦炭塔大吹汽大事位號(hào)描述SW01ST焦炭塔暖塔大事SW011ST焦炭塔改平衡大事SW02ST焦炭塔大吹汽大事先控運(yùn)行效果反響系統(tǒng)把握器和分餾塔把握器分別于2023629715行，操作人員已經(jīng)把握了先進(jìn)把握器的操作方法，通過給各個(gè)CV、MV設(shè)定合理的上下限，先進(jìn)把握器就能夠?qū)V把握在給定的范圍內(nèi)，MV也約束在范圍內(nèi)。先進(jìn)把握器投用后，不需要人工調(diào)整，就能夠抵抗焦炭塔切換帶來的擾動(dòng)，保證裝置的平穩(wěn)操作，因而深受操作人員的歡送。通過對(duì)延遲焦扮裝置把握器投用期間和未投用期間的數(shù)據(jù)進(jìn)展比照分析，我們可以對(duì)先進(jìn)把握器的投用效果得到一個(gè)初步的結(jié)果。反響系統(tǒng)把握器把握器投用后,加熱爐各主要溫度點(diǎn)的波動(dòng)范圍都有明顯削減，見圖1、2。對(duì)加熱爐數(shù)據(jù)進(jìn)展整理后結(jié)果見表4，爐出口溫度和爐氧含量的比投用前明顯穩(wěn)定，這樣可使?fàn)t熱效率提高，降低裝置能耗。4反響系統(tǒng)投用先控前后數(shù)據(jù)比照工程投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差變化幅度%加熱爐出492.860.7877492.960.3298-58.4口溫度℃3.510.35022.920.2393-31.4量%圖1加熱爐出口溫度比照?qǐng)D圖1加熱爐出口溫度比照?qǐng)D爐出口505500495490485投用前投用后圖2氧含量比照?qǐng)D8％氧 含量 420投用前投用后分餾系統(tǒng)把握器對(duì)于焦扮裝置來說，最大的擾動(dòng)來自于焦炭塔的切換，先進(jìn)把握器的首要任務(wù)就是充分利用其模型推想和多變量協(xié)調(diào)的特點(diǎn)，抵抗焦炭塔切換帶來的擾動(dòng)，保證裝置的平穩(wěn)操作。先進(jìn)把握器投用后，各重要CV的波動(dòng)明顯減小，即使在焦炭塔切換時(shí)也很少發(fā)生超限的狀況。先進(jìn)把握器投運(yùn)后，分餾塔的操作不需人工干預(yù)，幾個(gè)分餾塔的主要把握參數(shù)明顯較投運(yùn)前平穩(wěn)，見圖3、45。5分餾系統(tǒng)投用先控前后數(shù)據(jù)比照工程投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差變化幅度%分餾塔底373.356.615373.633.755－43.2溫度℃分餾塔底52.683.94452.792.344－40.6液位％分餾塔頂99.783.913101.771.456－62.8溫度℃柴油抽出237.268.103233.823.104－61.7溫度℃蠟油抽出355.735.625358.183.903－30.6溫度℃圖3圖3分餾塔底溫度比照?qǐng)D395塔底385375365355投用前投用后圖4分餾塔底液位比照?qǐng)D70分餾塔605040投用前投用后提高產(chǎn)品質(zhì)量焦化汽油、柴油和蠟油都不是最終產(chǎn)品，還要進(jìn)一步進(jìn)展加工，因此對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量把握沒有其它裝置嚴(yán)格。APC909010％點(diǎn)的工藝計(jì)算，并用試驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)校正，用作汽油與柴油及柴油與蠟油切割的工藝指標(biāo)，實(shí)時(shí)地調(diào)整操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)卡邊操作，增加高價(jià)值產(chǎn)品的收率。并通過把握油品的抽出溫度來保證油品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。從表6投用先控前后汽柴油質(zhì)量比照比照表和圖5、6中可以看到，把握器投用以后，產(chǎn)品質(zhì)量更接近指標(biāo)上限，汽油和柴油干點(diǎn)的波動(dòng)明顯降低，汽油干點(diǎn)和柴油干點(diǎn)的平均值分別提高了2.541.17℃，增加了柴油的收率。6投用先控前后汽柴油質(zhì)量比照工程投用前平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差投用后平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差變化幅度%汽油干點(diǎn)℃汽油干點(diǎn)指標(biāo)℃191.38≯1955.366193.92≯1955.243－43.2柴油干點(diǎn)℃356.204.155357.373.432－17.4柴油干點(diǎn)指標(biāo)℃≯365≯365圖5汽油干點(diǎn)比照?qǐng)D圖5汽油干點(diǎn)比照?qǐng)D汽油干點(diǎn)210190170投用前投用后圖6柴油干點(diǎn)比照?qǐng)D圖6柴油干點(diǎn)比照?qǐng)D柴油干點(diǎn)370360350340330投用前投用后提高裝置處理量工程穎進(jìn)料量?jī)?yōu)化功能前66879kg/h優(yōu)化功能后工程穎進(jìn)料量?jī)?yōu)化功能前66879kg/h優(yōu)化功能后68029kg/h前后比照1150kg/h圖7穎進(jìn)料量比照?qǐng)D7穎進(jìn)料量比照69000鮮68000進(jìn)kg/6700066000投用前投用后以提高裝置處理量為目標(biāo)的優(yōu)化功能投用后，穎進(jìn)料量漸漸從66879kg/h68029kg/h，此時(shí)由于分餾塔底液位超上限，所以APC把握器不再向上推穎進(jìn)料量?？梢钥闯?，該把握器能夠在