甲醇精馏装置中先进控制的应用研究

摘要：先进控制系统的成功实施有效克服了甲醇精馏生产过程中因管网蒸汽波动较大，塔釜热源关联性强等控制难题，提高了装置的自动化水平，降低了重点工艺参数的波动;同时解放了操作人员，降低了劳动强度，为岗位融合创造条件。

关键词：甲醇精馏装置;先进控制;应用

1先进控制系统的特点

经过对先进控制实践应用的交流，万华化学（宁波）有限公司（以下简称万华化学）选用应用较为广泛的模型预测控制系统，其使用的PAVILION8控制软件系统是集合经验模型和机理模型的复合模型平台，该系统具有以下几方面的特点和内容。

（1）多變量、非线性优化控制算法的模型预测。以预测模型、滚动优化和反馈校正3项基本原理为基础，其预测模型为对象的动态信息阶跃，经过一定的时域在单位阶跃控制作用产生阶跃响应的稳定值之间的算法;其滚动优化即通过对跟踪误差和控制量变化进行抑制，计算出优化后的控制增量作用于实际控制对象，到下一时刻，系统再次执行计算优化以作用于对象，如此反复在线进行实现滚动优化;其反馈校正即是下一时刻输入时，首先检查本时刻的计算输出和实际输出的误差，采用时间序列方法将预测误差修正到下一时刻的初始输入值，如此形成系统实际基础上的闭环控制算法[2]。（2）系统由数据接口、数据服务器、控制器客户端和图形界面客户端4大部分组成：①数据接口负责完成底层控制系统和数据服务器之间的通讯工作，将软件应用中需处理的读入/写出数据通过各种驱动程序翻译成底层控制系统认可的方式;②数据服务器完成数据接口服务器与控制器客户端，及与图形界面客户端之间过程变量和参数的通信、缓存和传送功能，是控制系统与DCS之间的数据连接桥梁;③控制器客户端运行动态模型和控制器/优化器功能，其定义了被控变量（CV）、操纵变量（MV）和干扰变量（DV），通过有效的实时优化策略计算出操作变量的设定值和被控变量的预测值，使被控变量尽可能地接近目标值或者保持在约束条件内，以实时优化控制生产过程，称为主服务器;④图形界面客户端提供监控画面，可以管理应用程序，可让操作员或工程师设置控制参数等日常操作和维护，只与数据服务器通讯，可视化的界面更便于识别机遇，降低成本，提高决策的及时性和准确性。

2甲醇精馏装置先进控制方案与实施

万华化学甲醇精馏装置是典型的三塔精馏工艺，包括预精馏塔T801、加压精馏塔T802和常压精馏塔T803。粗甲醇经泵送入T801预精馏塔，塔底设置0.4MPa（g）蒸汽加热的再沸器，塔顶设置循环水冷凝器。预精馏塔的作用是除去粗甲醇中残余溶解气体以及以二甲醚为代表的低沸点物质，该塔的主要效益点是保证塔顶甲醇含量最小化，降低塔底再沸器S4蒸汽的消耗，另外，塔顶甲醇含量最小化也能节省冷却用工艺水的用量。预精馏塔底部甲醇由泵送入T802加压精馏塔，加压精馏塔塔顶气作为常压精馏塔T803的塔底再沸器热源，冷却后部分作为产品外送，部分作为加压精馏塔的回流液。T802加压精馏塔的作用是将来自T801塔底的中间甲醇进一步去除其他杂质，保证塔顶采出的甲醇产品质量合格，乙醇不超标，提高甲醇收率，并且为T803常压精馏塔提供热量，降低塔底S10蒸汽的消耗，保证塔底的残余甲醇在常压精馏塔中能充分分离。T803常压精馏塔的作用是塔顶采出产品，侧线采出杂醇，分离出重组分水并排出系统，该塔的主要效益点是保证塔顶甲醇质量合格的前提下，卡边控制水和乙醇的含量，使甲醇收率最大化。

2.1 模型建立

依照设计任务，该控制器实现甲醇精馏自动控制，包括以下4方面功能：①系统蒸汽设定：包括T801蒸汽和T802蒸汽，根据总进料或蒸汽压力确定T801、T802蒸汽随负荷变化的调节以及对蒸汽压力波动的补偿;②T803灵敏板温度控制。两个灵敏板温度控制，主要调整T803的回流量及T802的蒸汽流量。③回流比控制。三个塔的回流比控制，主要调整回流量，其中T801约束为回流槽液位，T803约束为两个灵敏板温度;④液位控制。控制T801回流槽液位，主要调整回流量;

2.2操作员界面设置

操作员界面设置在DCS画面中，简单直观，分别显示了变量的状态和模式以及控制器状态和故障报警，设置了控制器以及各变量的投用和切出开关，操作简化。

2.3客户端界面设置

客户端界面为工程师控制台，用于控制器参数的调整和展示，分别有下面四部分的界面及功能。

（1）控制器界面。该部分显示各变量的目标值、测量值及上下限趋势数据，直观表达跟踪情况，同时可查看历史趋势。（2）控制器参数界面。该部分可以设置各变量的目标值、影响系数、响应系数、抑制因子、硬约束界限、模糊约束界限、轨迹权重系数、预测校正系数、调节优先顺序等一系列参数。（3）控制器动态模型参数界面。该部分可以设置模型的增益约束、时间常数约束以及纯滞后时间等参数。（4）性能指标界面。该部分可以查看投用、偏差、干扰等各种统计信息的图示及报表。在依照项目机理和类似经验建立初步模型后，针对本项目需要进行一系列的工厂测试，以达到符合本装置独特性的真实有效模型。

通过工厂测试，在理想情况下，需特意改变唯一操纵变量以观察特定被控变量的变化，这能最大限度地来界定被控变量和操纵变量的单一关系。通常以阶跃测试为主，短测试得到高频数据，长测试得到低频数据，阶跃幅度大小以及停留时间随具体情况而变，以不影响生产为前提，最终通过采集相关工艺数据，完善模型设计。

结束语

从上世纪40年代起，单回路系统的PID控制一直沿用至今，其控制简单、有效，主要使用的是频域分析法，控制系统的信号表示为不同频率正弦信号的合成，控制系统输入和输出关系形成不同频率的正弦信号，其关系模型称为频率特性。因单回路系统的PID控制具有稳态性、对应关系确定、易解析求解等特点，在线性控制方面得到了极大的推广。

参考文献：

[1]徐贺.先进控制技术在甲醇精馏过程中的应用[J].中氮肥，2018（01）：39-42.

[2]顾朝晖，樊安静，王炜，刘金刚.先进控制在甲醇精馏装置的应用[J].中国仪器仪表，2015（05）：37-41.

[3]罗坤杰，张颖慧.先进控制技术在甲醇精馏装置中的应用[J].山东化工，2012，41（09）：64-66.

推荐访问： 精馏 甲醇 装置 先进 控制