先进过程控制在上海石化延迟焦化装置的应用

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1、先进过程控制在上海石化延迟焦化装置的应用摘要：本文详细介绍了在上海石化2#炼油延迟焦化装置实施先进控制的控制目标、控制策略和控制器投运效果等。多变量控制器涵盖了延迟焦化装置的焦化炉、焦炭塔和主分馏塔部分。现场投用结果表明，先进控制效果显著，提高装置处理量1.5％，减低能耗2.65%，提高总液体产品收率0.57%，实现了装置的卡边控制，并取得了显著的经济效益。关键词：先进控制，延迟焦化，模型预测控制，DMCplus文献发表单位：上海石化股份有限公司文献发表人：郭燕华1前言延迟焦化是重要的重油轻质化的手段，可以将减压渣油转化为粗汽油、柴

2、油、蜡油等轻质油品，并副产大量的干气和焦炭。同时延迟焦化也是炼油装置中最难控制的装置之一。图1所示的为上海石化年产100万吨一炉两塔延迟焦化装置的流程简图。减压渣油进入主分馏塔的下部与焦炭塔来的反应油气换热后，连同循环油一起从分馏塔底进人焦化炉，在焦化炉中加热到495℃左右，迅速转入焦炭塔进行焦化反应，反应生产的油气转入到主分馏塔中，在主分馏塔中分离成蜡油、柴油、粗汽油和富气；生成的焦炭停留在焦炭塔中，周期性地进行焦炭塔的除焦。由于焦炭塔周期性的预热、切换等操作，延迟焦化装置的生产处在半连续状态。上海石化延迟焦化装置每24小时焦炭塔

3、切换一次，焦炭塔的切换过程使得进入主分馏塔的物料和热量平衡遭到破坏，造成主分馏塔的扰动，这些扰动使得延迟焦化装置的常规控制难度增大。另外，焦化炉热负荷不足是提高上海石化延迟焦化装置处理量的主要原因，处理量的提高时会造成炉管表面温度过高，对装置的安全生产造成威胁。特别是在焦炭塔的预热、切换过程中，由于进入主分馏塔的反应油气减少，使得焦化炉进料温度降低，进一步加大了焦化炉的热负荷。为了实现延迟焦化装置的优化运行，上海石化决定在该装置实施AspenTech的DMCplus先进过程控制（APC）。APC可以有效地降低装置操作的波动，进而实现

4、装置卡边操作，实现处理量的最大化，提高高附加值产品的产率和降低能耗。图1上海石化100万吨延迟焦化工艺流程简图2先进过程控制策略针对上海石化延迟焦化装置的特点，项目组在实施过程中主要实现如下的控制策略：n实现新鲜进料的最大化。装置进料量的提高受到设备约束的限制，特别是焦化炉炉管表面温度。控制器要在保证满足设备约束的前提下实现新鲜进料的最大化。n实现焦化炉进料的支路平衡。在炉管结焦状况不同的情况下，自动对进料量的分配进行调整，保证最大的进料量和最低的炉管结焦。n实现烟气氧含量的自动控制，改善焦化炉的燃烧状况。现场空气流量计不能准确地测

5、量空气的流量，无法对空气流量进行自动控制，同时每两组空气流量共用一台氧含量表，不能有效地对空气进料量进行分配。通过APC，我们很好的解决了以上的问题，实现了烟气氧含量的自动控制。n提高高附加值产品收率，特别是柴油的产率。通过优化反应温度和主分馏塔的切割温度，提高液体产品收率。另外，由于柴油抽出没有集油箱，抽出量的最大化受到柴油泵抽空的限制，控制器要在柴油泵不抽空的情况下实现柴油抽出量的最大化。n平稳焦炭塔预热、切换过程中装置的操作。为了实现上述控制策略，项目组根据上海石化延迟焦化装置的特点开发了三个APC控制器：（1）支路平衡控制器

6、该控制器通过调节焦化炉辐射室的四路进料量和出口温度，实现新鲜进料的最大化和焦化炉进料的支路平衡。表1支路平衡控制器变量表被控变量CVs1焦化炉辐射进料量2各支路流量偏差3炉出口混合温度4各支路出口温度偏差5炉管表面最高温度（约束）6炉膛温度（约束）7压缩机转速（约束）8主分馏塔压差（约束）9燃气压力（约束）10集炭塔空高（约束）操作变量MVs1各支路进料流量2各支路炉出口温度（2）烟气氧含量控制器该控制器实现了焦化炉氧含量的自动控制。表2烟气氧含量控制器变量表被控变量CVs1烟气氧含量2空气总管压力操作变量MVs1各支路空气流量阀位

7、2各支路炉出口温度3鼓风机的压力前馈变量DVs1进料入辐射室温度2各支路进料流量（3）主分馏塔控制器在该控制器中，通过自动调节各回流的流量，缓解焦炭塔间歇操作对主分馏塔的影响，优化主分馏塔的操作，实现卡边控制。表3主分馏塔控制器变量表被控变量CVs1汽油终馏点（软测量开发）2柴油95％点（软测量开发）3轻蜡油终馏点（软测量开发）4柴油抽出板温度5柴油抽出阀位6中段抽出温度7蜡油返塔板温度8焦炭塔顶出口温度9进料预热温度操作变量MVs1主分馏塔顶温度设定值2柴油上回流流量设定值3柴油抽出流量设定值4中段回流流量设定值5蜡油上回流流量设

8、定值6蜡油下回流阀位7重蜡上循环阀开度8急冷油流量前馈变量DVs1分馏塔切塔事件2分馏塔预热事件3分馏塔顶压力4柴油回流温度5富吸收柴油流量6换热段温度7柴油抽出量3实施过程先进过程控制系统的实施大致分为下面的几个步骤，每个步骤的工作