工業(yè)·生產技術,2008,15(1):23PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY乙二醇精制單元先進控制技術應用王立忠1王憲久2胡桂清21.中國石油撫順工程建設有限公司,撫順,113000;2.中國石油撫順石化公司乙烯化工廠,撫順,113000摘要:介紹了 Foxton公司 CONNOISSEUR先進控制軟件在環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置乙二醇精制單元控制系統(tǒng)中的應用,對其中的偽隨機二進制序列建立過程動態(tài)模型技術和多變量預測控制技術進行了詳細介紹。乙二醇精制單元應用該先進過程控制技術實踐證明精制單元能夠減少工藝參數(shù)波動穩(wěn)定生產提高產品產量降低能耗達到提高經濟效鹽的目的。關鑣詞:乙二醇精制單元偽隨機二進制序列多變量預測控制中國石油撫順石化公司乙烯化工廠(簡稱撫制的乙二醇在巴氏精餾段下取出并冷卻至45℃順乙烯廠)環(huán)氧乙烷/乙二醇(EO/EG)裝置采用作為側線乙二醇產品采出。該產品要求二乙二醇Shel公司專利技術與工藝設計方案,于1992年5的含量少于500μg/go月建成開車。裝置設計生產能力為50kta當量環(huán)乙二醇塔的釜液仍然含有約82%的乙二醇氧乙烷(FO)。2000年5月進行擴能改造,EOE生這些乙二醇將在乙二醇循環(huán)塔(C-502)中回收。產能力達到65kua,年操作時間設計7560h。塔頂氣在塔頂換熱器(E-505)中冷凝。塔頂產品撫順乙烯廠針對乙二醇精制單元原控制方案循環(huán)氣脫水塔能使任何輕度分解的產品除去。富中只使用了簡單的PID控制回路或者溫度流量串乙二醇物料由側線采出,返回到C-404。釜液要求級回路,無法同時考慮到幾個精制塔中眾多變量乙二醇含量小于004%之間復雜的關系情況,進行了先進技術控制應用,優(yōu)化工藝操作,減少工藝波動,實現(xiàn)了降低裝置能2問題的提出耗和物耗的為了低溫操作防止產品降解,在乙二醇精制工序各塔中都采用真空操作。為了防止真空系1工藝簡介空氣吸入產品氧化(例如生成醛),導致產品質量含有5836%(質量分數(shù),以下同)的E0水溶下降,各塔及其附屬件均設計最小的空氣泄漏量液和水按一定比例在365MPa,人口194℃,出口因受通過塔所允許的壓力降限制,各塔采用低壓217-234℃條件下進行液相無催化水合反應,生力降的填料。由于這種填料的液體滯留量相對較成乙二醇、二乙二醇等產品,經三效蒸發(fā)(C-401、少,塔的氣相負荷波動將導致在較短的相應時間C-402、C-403),釜液含量為77.6%乙二醇流至乙內產品組成的波動因此,原控制系統(tǒng)采用溫度和二醇脫水塔(C-404),在真空操作下脫除剩余的水供給再沸器蒸汽流量串級控制各塔的加熱量,以(含水量小于100μ/g)。脫水塔塔頂氣的部分凝保證恒定的氣體流量通過塔,用回流罐的液位和液作為脫水塔的回流液,余下的凝液送去廢水處流量串級控制塔的回流。但是,實際上由于多個變理。C404釜液送至乙二醇精制塔(C-501),C-501塔頂氣在熱虹吸式冷凝器(E-501)中冷卻后,到回收稿日期:2007-07-26。流罐(V-503)。為了減少乙二醇在真空系統(tǒng)的損中國煤化工業(yè)于遼寧石油化工耗,在V-503的頂部設有放空冷凝器(E-502),保CNMHG進控制系統(tǒng)工作。證微量水和其他輕的雜質經過真空系統(tǒng)脫出。精聯(lián)系電話:0413-7589289。石化技術2008年第15卷第1期量之間存在著嚴重的耦合作用,只調節(jié)某單一回315控制器設計工具路或單一的串級,并不能使被控變量穩(wěn)定,相反有可根據辨識得到的模型進行系統(tǒng)的控制器設時由于耦合作用,使系統(tǒng)的波動更加嚴重計,其中包含LR()、QP、LR+QP的多種控制器模C-404、C-501、C-502的容量都比較小,上游式,并且能夠進行設定值控制以及約束控制。單元操作上稍有輕微波動,會導致后續(xù)各塔液位3.1.6系統(tǒng)仿真工具大幅波動,破壞系統(tǒng)的平衡,甚至引起滿塔或者空對系統(tǒng)的辨識模型進行仿真,以確保辨識模塔操作。單個塔的各個變量之間以及各塔變量之型的準確性。可以對控制器進行離線和在線的仿間的耦合關系比較嚴重。通常的操作中,經常是對真運行,以保證控制器的穩(wěn)定和裝置的安全。一個變量進行調節(jié)后,引起多個變量的同時動作,317LP線性穩(wěn)態(tài)優(yōu)化器、模型自適應工具然后再對這些變量進行調節(jié)。操作員處于頻繁的IP線性優(yōu)化器能夠設計系統(tǒng)的優(yōu)化控制器系統(tǒng)調整過程中,裝置較難在較短時間內達到穩(wěn)使得控制器能夠在操作允許的范圍內進行系統(tǒng)尋定的操作狀態(tài)。優(yōu),查找最優(yōu)化的操作點,保證裝置操作的利潤最針對以上情況,有必要引進一種先進的控制大化。模型自適應工具能夠使控制器在多組模型方法。該技術能夠對系統(tǒng)中的多個變量進行解耦,之間進行在線切換,從而保證控制器的投用率和并對多個變量同時進行調整,進而穩(wěn)定系統(tǒng)的操投用效果。作,實現(xiàn)裝置安全穩(wěn)定生產,節(jié)能降耗,達到產量32硬件構成最大化。經過調查研究,采用了 Foxboro公司的多先進控制系統(tǒng)運行于專門的PC工作站上,變量預估控制器軟件包( CONNOISSEUR),并且實通過乙太網接口和DCS的AW5IF通訊。先進控施了以多變量預估控制為主的先進控制系統(tǒng)制的操作畫面在DCS操作站上實現(xiàn)操作員可以直接在DCS操作站上進行先進控制的操作,圖13先進控制系統(tǒng)介紹為系統(tǒng)連接示意圖。先進控制系統(tǒng)采用 Foxboro公司MA系列的33多變量預測控制(MPC技術CONNOISSEUR控制軟件包。該軟件包由離線的MFC是一種多變量的先進過程控制技術,它工廠分析系統(tǒng)和在線的工廠實時優(yōu)化控制系統(tǒng)構可以通過使用一個表述過程動態(tài)特性的數(shù)學模型成。在軟件環(huán)境中集成了大量的工具軟件,使得整來預測受控過程的未來變化。通過這個預測模型個高級控制項目可以使用該軟件包獨立的完成?？刂破饔心芰τ嬎愠鲎顑?yōu)的執(zhí)行器輸出值,以確3.1系統(tǒng)工具保控制系統(tǒng)在不違反設備約束條件下,最小化過3,11系統(tǒng)組態(tài)工具以及歷史趨勢工具程工藝值與設定值之間的偏差。此外模型還可用此工具可完成相關回路的組態(tài)以及同下游控于優(yōu)化操作點的計算,來實現(xiàn)裝置的優(yōu)化操作模制器(通常是DCS)的通訊,并且能夠完成相關數(shù)型預測控制通常適用于那些存在大滯后或多變量據的趨勢繪制、歷史存儲以及定期存盤備份。耦合的復雜過程特性。當這些情況交織在一起時,3.1.2過程測試工具傳統(tǒng)的PID調節(jié)方法往往難以發(fā)揮作用。常見現(xiàn)包括偽隨機二進制序列(PRBS)測試、階躍測象是一些常規(guī)控制策略經常被放在手動方式,或試工具、脈沖測試工具。用戶可以根據需要進行選被迫降低其調節(jié)性能來面對復雜的工藝過程。利擇,然后對系統(tǒng)過程進行激勵得到測試數(shù)據用MPC對多個變量進行解耦,并且同時對多個變313統(tǒng)計工具量進行操作,從而能夠實現(xiàn)過程的穩(wěn)定操作。對相關的數(shù)據進行統(tǒng)計。在大量的數(shù)據之中34MPC控制器結構進行分析,進而發(fā)現(xiàn)其中隱藏的實質性關系,例如341控制變量(Cv)多個變量之間的因果關系等。Cv是系統(tǒng)的控制目標,可以是設定值控制或3.1.4模型辨識工具者是區(qū)域控制。通過調整其他回路或者調節(jié)閥來對測試的數(shù)據進行分析辨識,進而建立系統(tǒng)使其穩(wěn)設寧倬或孝反由。過程的模型。能夠進行模型數(shù)據的標準化以及在342中國煤化工傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型之間進行轉化,用來CNMHG調節(jié)回路的設進行系統(tǒng)過程特性的分析定值,有時也直接調節(jié)調節(jié)閥的輸出。王立忠等.乙二醇精制單元先進控制技術應用25應用1作站A拉制節(jié)點操作公工作站1系統(tǒng)連接示343前饋變量(FV)范圍內Fv是對系統(tǒng)的控制有影響,但是又沒有調節(jié)5)在多變量預估控制器的上層設計并實施線手段的變量。MPC控制器的結構示意見圖2。性穩(wěn)態(tài)優(yōu)化器。通過在產品效益以及生產能耗之間的協(xié)調,計算出各控制變量以及操作變量的最優(yōu)值,作為下層多變量預估控制器相應的設定值,從而使系統(tǒng)操作利潤最大化和能耗成本最小化。3.6模型辨識與PRBS測試建立MPC控制器必須得到CV與MV之間多變量預佔控制器的動態(tài)相應關系,即模型辨識。通常建立過程模型使用階躍測試。但是使用階躍測試有以下缺點:加到MV上的階躍信號必須足夠大,太小將無法反應CV與MV之間的關系,但太大將導致裝置生圖2MPC控制器結構示意產波動,破壞裝置平衡,甚至引發(fā)生產事故;通常的階躍測試只能得到單個CV與MV之間的關35控制目標系,如果對于多輸入輸出的控制器來說,階躍測試通過在給定的約束范圍內,調整各塔的回流將耗費大量的工程時間。PRBS是一種在保證對裝量、采出量以及再沸器蒸汽量,實現(xiàn)以下目標。置干擾最小的前提下,得到過程動態(tài)響應的有效1)各塔的靈敏板溫度穩(wěn)定在設定值,并且減方法。它使得MV以兩個指定的值變化,在每個值少溫度波動的范圍,保證產品質量,并進一步實施上停留的時間為一個隨機間隔的隨機數(shù)倍。這樣,卡邊控制,以使產量最大化,能耗最小化。PRBS測試就能帶給裝置最小的擾動,并且多個2)各塔的其他溫度參考點在給定的約束范圍CV與MV可以同時進行,節(jié)約大量的工程時間,內波動,保證各塔的穩(wěn)定操作。測試示意見圖3。3)各塔的液位在給定的約束范圍內波動,在個產量的不同性八相應的進行了各塔的有限容量空間內協(xié)調,保證各塔的液位穩(wěn)階躍測中國煤化工司時可以利用定,減少對其他參數(shù)的影響,確保穩(wěn)定操作。CONCNMHG工具進行相應4)使各塔的壓力系統(tǒng)波動保持在給定的約束的交叉相關性的分析,直至得到的數(shù)據能夠明顯26石化技術2008年第15卷第1期J=2[ePe灬+△nQA+R(1)TULuL式中,為成本函數(shù)值;M為水平設計區(qū)間步數(shù);T為預測步數(shù);P、Q、R分別為偏差及控制輸出的調整權重;e為CV距離設定值的偏差;為Mv的運動增量;∫為MV距離穩(wěn)態(tài)設定目標的偏差。圖3PRBS測試示意通過調整各參數(shù),使成本函數(shù)J最小化。同時,也地反映出過程的因果關系,將采得有效的測試數(shù)可以改善CV和M在過程響應中動作的快慢。據保存結束過程測試在確定好相關參數(shù)之后,根據辨識模型系統(tǒng)模型測試的數(shù)據必須經過處理之后才能用于將生成控制器?？刂破髟趯嶋H投用之前經過離線過程模型的辨識。 CONNOISSEUR軟件包提供了和在線的仿真,以保證控制器設計的正確性。很方便的工具用于進行測試數(shù)據的修改和處理。CONNOISSEUR能夠自動在DCS上生成用戶可以進行壞質量數(shù)據的刪除、多個相關數(shù)據的數(shù)操作界面。操作員可以從DCS上看到控制器的當學運算以及多段歷史數(shù)據的連接等等。經過處理前狀態(tài)以及DCS與上位機通訊是否正常。當控后的數(shù)據被導入過程分析軟件包進行模型辨識。制器激活后MPC以開環(huán)方式運行。當操作員確認在模型辨識過程中,需要確定一些相關的參數(shù),如控制器及通訊正常后,便可以在DCS界面上將模型的結構(Cv、MV、FV)確定,模型的階數(shù)模型MPC投人閉環(huán),從而使生產過程由常規(guī)控制切換的預估周期等等,經過最小二乘法的辨識計算,系到先進控制統(tǒng)將產生過程的辨識模型。產生的模型在應用到系統(tǒng)之前要去檢驗模型的有效性。圖4是模型計4性能評估算數(shù)據與裝置實際運行數(shù)據的比較。系統(tǒng)投用先進控制之后,在正常生產條件下對該控制系統(tǒng)進行長期的觀察,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的相關C-50頂溫度Cv在控制器的調節(jié)作用下,逐步進入穩(wěn)定操作狀態(tài)(見圖5)。c.502塔底濕度c404塔釜液位W42A小c404塔頂溫度C50液位c404塔底溫度圖4模型數(shù)據與實際數(shù)據比較1模型計算數(shù)據;2實際運行數(shù)據圖5系統(tǒng)控制變量運行趨勢37控制器的設計與投運系統(tǒng)的回流量減少,提高了塔的運行效率。產在實際控制器的運行過程中,存在很多的方品采出量增加提高了產品的產量塔的靈敏板法能夠實現(xiàn)控制目標?？刂破鞯脑O計其實就是找度逐步穩(wěn)定,波動幅度減小從而減少了蒸汽的使到能夠實現(xiàn)CV控制目標的M的最佳的運動方用量降低了裝置的能耗。式在 CONNOISSEUR的控制器設計中,考慮到了OISSEUR軟件包提供了運行數(shù)據統(tǒng)計實現(xiàn)控制目標所需要的成本。在保障實現(xiàn)CV控分析中國煤化工目標的波動(以制目標的同時,保證MV運動成本的最小化。因標準CNMHG常規(guī)控制下的此,在系統(tǒng)中引人了成本函數(shù)的概念。數(shù)據與高級控制下各3天數(shù)據統(tǒng)計比較見表1。王立忠等.乙二醇精制單元先進控制技術應用褒1C-404塔常規(guī)控制與高級控制數(shù)據統(tǒng)計常規(guī)控制高級控制當前值平均值標準偏差當前值平均值標準偏差C-404塔頂溫度50025501076232530473651719111143831C404塔底液位,%48296874989373273965754.8300852053852185043C404塔底溫度C34.16008468891339150.575873E407蒸汽流量/(th221574711220628372147377C-404回流量(m3h)0.36256403438120038445026000002955950031521C-404塔底采出/(m3h)686085569602170.14045069590806992388105223動強度,已經越來越多被更多的裝置所采用,并成先進控制技術的投用減少了生產的波動,穩(wěn)為現(xiàn)有裝置不進行擴容改造時提高產品產量,降定了生產操作使得系統(tǒng)的卡邊操作成為可能。提低能耗的主要手段。高了產量,降低了能耗,同時減少了操作人員的勞(編輯:谷彥麗)The Application of APC in MEG RefineryWang Lizhong, Wang Xianjiu?' and Hu Guiqing?(L Fushun Petrochemical Engineering Co., CNPC, Fushun, 113000,2. Fushun Ethylene Petrochemical Co., CNPC, Fushun, 113000)AbstractThe application of the Connoisseur Advanced Process Control (APC) software in the control system ofethylene oxide/ethylene glycol plant was introduced, the technology for built process dynamic model ofpseudo-random binary sequence and multivariable predictive control method described in detail. It wasproved that the operation was more steadily, the output and profit to be increased and energy saving becauseof the APC in use to the purification unit.Key words: ethylene glycol purified unit, pseudo-random binary sequence, multivariable predictive》錄錄》》錄錄錄公織識錄》錄識識源公》》公22》2重要啟事《石化技術》編輯部電子信箱自200年9月1日起更改為:多pcit,yssh@sinopec.com特此申明歡迎踴躍投稿《石化技術》編輯部eKrRnaxRrrnrsxnRnssrgrtksytytTH冬kg中國煤化工CNMHG