扬子环丁砜抽提先进控制解决方案

1. 服务对象

扬子石油化工股份有限公司芳烃厂环丁砜抽提装置

2. 工艺简介

芳烃抽提装置是以环丁砜为溶剂，根据芳烃、非芳烃在溶剂中的溶解度的不同，达到芳烃和非芳烃分离的目的。装置中的抽提单元包含了一个由抽提塔，汽提塔，溶剂回收塔等塔组成的抽提塔系。抽提塔系的简要流程如下图1所示。

图1 环丁砜抽提装置流程图

3. 原操作情况及存在问题

抽提塔作为芳烃抽提装置的关键设备，它的稳定操作，对下游各塔的稳定控制有至关重要的作用。按原来的常规控制方案，抽提塔的塔底、塔顶界面都通过与采出量串级来控制，但是，该塔受到众多的不可测量的干扰因素影响，塔顶、塔底界面波动都很大，如果塔底界面采用串级控制，塔底采出量将波动很大，可能导致下游汽提塔进入非正常工况。

为了避免串级控制带来大波动，该塔的塔底界面实际控制方式一直为手动。但手动控制的不及时和人为因素的干扰，使该塔的界面波动很大，经常接近报警的区域，影响了工况的稳定。

汽提塔原来通过蒸汽来控制其压力，但如果该塔的塔釜温度太高，会导致该塔进入非正常工况，所以该塔由原来的串级控制改为手动控制，通过蒸汽来稳定塔釜温度，且保证压力在一定范围内。但是，当进料温度和蒸汽热值改变时，会引起塔釜温度和压力的超出指标范围。

回收塔原来的控制方案是由加热蒸汽来控制组分控制，因为组分控制器由于部分仪表已经无法使用，所以该塔控制目标改为塔釜温度，控制方式也改为手动。

苯塔原来是通过串级来控制塔的进料温度和苯塔的侧线产品质量，由于工艺改变，该塔串级无法使用，控制方式改为手动。因为该塔的滞后很大，经常过渡采出和不完全采出，控制效果很不理想。

4. 控制目标

预计芳烃抽提装置先进控制系统投运后，整个塔系将具有更好的抗干扰性，能综合协调各个过程的控制变量，使生产过程更加平稳，减轻操作工劳动强度，降低操作成本。同时实现下列控制目标：

以平稳操作、节能降耗为主要目标，当先进控制系统投用后，抽提塔界面、汽提塔压力、回收塔温度等过程控制变量的均方差减小50%以上；

使抽提系统各参数协调操作，减少装置影响产品达8个小时以上的波动次数，将抽提塔系的年波动次数降低到每年2次以下；

同时与常规控制相比，在同等溶剂消耗条件下，使回收塔塔顶回流比降低5%以上，能耗降低2%以上；

能有效的解决回收塔、汽提塔、抽提塔及苯塔的关联，优化回路塔、汽提塔、抽提塔和苯塔的操作，降低溶剂的含水量和烃含量，进而将芳烃收率由目前的97.5％提高到99.0％；

在装置的条件改善的基础上，进一步提高芳烃收率和降低溶剂消耗，溶剂消耗降低5%。

从而，最大限度的保证系统的稳定性和安全性，优化过程工作点，有效地提高生产率、降低能耗，为企业带来最佳的经济效益。

5. 先进控制方案

在横河CS3000集散控制系统良好运行的基础上, 通过合理有效的实验设计和实验测试，得到真实有效的实测数据，利用APC-Adcon预测控制软件包中的辨识软件包进行数据处理并辨识得到对象的脉冲响应矩阵形式的数学模型。根据辨识出的数学模型建立APC-Adcon预测控制软件包所需的内部模型，并根据实际工艺特点和要求选取合理的参考轨迹、调节变量约束、被控变量约束、控制结构，以得到APC-Adcon预测控制器。

首先应用此控制器控制与内部模型相同的仿真对象进行仿真分析和研究；然后应用此控制器控制与内部模型存在一定差异的仿真对象（模型不匹配情形）进行仿真分析和研究，以检验控制系统的抗不确定和干扰能力，接着把所设计的控制系统引入CS3000集散控制系统进行实时仿真研究和分析。在大量仿真和实验分析与研究的基础上，投运多变量预测控制系统。

6. 先进控制系统软硬件连接

采用OPC技术实现了先进控制上位机与DCS系统的双向数据通讯。

7. 先进控制系统实施步骤

建立DCS与先进控制的通讯：该装置原有常规控制建立在日本横河公司的集散控制系统CENTUM-CS3000系统上，先进控制系统新增一台工控机作为先控操作站，该操作站通过OPC标准接口与DCS上的数据实现通讯；

功能分析：主要对芳烃抽提各塔过程工艺和常规控制状况深入了解，合理选择MV（操作变量）, CV（受控变量）和DV（干扰变量）；

常规控制回路改造：调校流量计和阀门；

过程实验：测试信号应用于过程操作变量以便得到估计模型参数所必需的数据。一般做实验时为得到有效的数据，需连续加数个阶跃信号，以实现充分激励；

过程模型辨识：将由过程实验得到的数据通过APC-Adcon软件包的HIDENT多变量模型辨识软件预处理，辨识得到芳烃抽提400#的多变量过程模型；

控制结构设计：根据用户指标和要求，在控制器结构中定义控制目标、变量约束和动态最优化；

离线仿真：仿真测试所设计的控制器，离线测试使得在实际过程应用更容易和安全；

在线仿真：将设计好的芳烃抽提控制器转到先控上位机，进行实时在线仿真；

先控与常规控制的切换：在DCS上通过编程实现先进控制和常规控制的灵活和简便的切换；

现场投运及调整：在不同运行条件下检测控制结构，将实现的控制器应用到过程中，对生产过程进行在线实时控制。

8. 先进控制效果

先控系统投运后，其效果很明显，下面对常规控制和先进控制作一个比较：

（1） 溶剂回收塔塔底温度比较如图2：

图2 溶剂回收塔塔底温度比较图

（2） 抽提塔塔底界面、塔顶界面控制比较如图3：

图3 抽提塔塔底界面、塔顶界面控制比较图