分子筛脱水装置再生过程仿真及控制优化.pdf

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1、36天煞与与石油NATURALGASANDOIL2017年4月分子筛脱水装置再生过程仿真及控制优化袁东筱1周明军1刘富权2李龙3杜通林11．中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610041；2．重庆天然气净化总厂，重庆401259；3．中国石油西南油气田公司规划计划处，四川成都610051摘要：再生温度是影响分子筛再生效果的关键因素，研究再生工艺过程的温度变化，进而对控制方案进行优化，对提高分子筛脱水装置运行效率及降低能耗有重要意义。为提高自控设计水平，在设计过程中通过建立再生工艺系统内分子筛塔、气体换热器和再生气加热炉等工艺对象的动

2、态数学模型，对整个再生过程温度变化情况动态模拟仿真，探索通过PID参数整定、分子筛塔切换流程优化、前馈反馈控制和智能控制优化控制等方法提高装置运行性能、降低能耗。关键词：分子筛；再生；前馈反馈控制；PID神经元网络；节能DOI-10．3969／j．issn．1006—5539．2017．02．0080前言分子筛脱水工艺因为具有吸附选择性强、使用寿命长、工艺流程简单等优点，成为应用广泛的脱水工艺。影响分子筛再生效果的重要参数有再生温度、加热时间、再生气压力、再生气流量、再生气组分以及操作工艺等。脱水装置一般具有稳定的再生气压力和流量，再生温度是影响再生

3、效果的关键因素。过高的再生温度会缩短分子筛寿命，增加能耗；过低的再生温度使分子筛再生不完全，产品气水露点达不到要求。因此，再生温度控制方案是决定装置运行稳定性与经济性的关键，通过仿真研究再生系统温度动态变化并优化控制方案，为现场应用奠定基础，对提高装置控制系统设计应用水平具有重要意义。1分子筛脱水塔再生动态过程分析1．1典型的分子筛再生冷吹循环过程典型的分子筛脱水工艺再生冷吹循环过程如下：从产品气或原料气管线上引出一部分天然气作为冷吹气，冷吹气通过刚完成再生过程的分子筛塔对塔进行冷却。冷吹气出塔后经过换热器进入再生气加热炉，加热至280～300％后作

4、为贫再生气，贫再生气通过刚完成吸附的分子筛塔加热床层再生。再生分子筛塔出口温度达到240～280％，并稳定一定时间，完成再生过程。典型的再生及冷吹还原工艺流程见图1。1．2分子筛脱水塔动态分析及数学模型分子筛的典型再生温度曲线见图2，温度为t。的再生气(曲线1)进入分子筛床层后，再生气出口温度(曲线2)由t，升至t：的过程为床层、壳体和吸附物质的加热阶段，分子筛脱附率很低；再生气出口温度由t。升至t。的过程为分子筛床层加热阶段，此时分子筛脱附率明显增加；直至再生气出口温度升至t。时，认为分子筛被完全再生；随后停止加热，继续通入冷吹气将分子筛床层温度冷

5、却至t，，分子筛再生完毕’1。61。再生气出口温度(曲线2)由再生和冷吹两段曲线构成。这两段曲线可由一阶惯性环节表示。对于分子筛塔人口温度对出口温度的传递函数可表示为：『士G(5)={1。，¨(1)【者收稿日期：2017—01—04基金项目：中国石油天然气集团公司重点工程资助项目(S2010—14E)作者简介：袁东筱(1980一)，男，四川成都人，工程师，学士，主要从事天然气净化工艺相关自控设计工作。第35卷第2期OIL＆GASGATHERING。TRANSPORTATIONANDTREATMENT式中：G(S)为分子筛塔入13温度对出口温度的传递函

6、数；T。为再生阶段，脱水塔出13温度达到稳态63．2％的时间，rain；T。为冷吹阶段，脱水塔出13温度达到稳态油号艏运与处理3763．2％的时间，rain；K为再生阶段，系统稳定后脱水塔出口温度与入口温度的比值。冷吹气自系统来图1典型的脱附再生及冷吹还原工艺流程图2典型的再生温度曲线1．3换热器动态分析及数学模型工艺过程设置再生气／冷吹气换热器是为了利用再生后高温含水湿气对进入再热炉前的干气进行预热，从而降低能耗。管式换热器的静态数学模型表示为：丁l。=八T“，G。，T2。，G2)(2)式中：丁，。为预热后冷吹气出口温度，oC；T。j为预热前冷吹气

7、入口温度，℃；T：。为再生塔出口高温含水湿气温度，℃；G。为冷吹气流量，m3／h；G：为含水湿气流量，m3／h。在流量保持稳定的情况下，动态过程分析主要考虑输入温度对输出温度的影响，通过式(2)求得控制通道L。和干扰通道丁。对丁，。静态放大倍数。预热后的冷吹气的温度变化用增量式可表示为：dTl。=KI·ATl。+Kl。△r2。耻瓷矿一6rl。＆一瓦至置(3)1．4再生气加热源动态分析及数学模型再生气加热源有多种形式，工业上多用加热炉或导热油热交换器实现加热。采用加热炉加热时，再生气主要通过对流与辐射完成加热；采用导热油热交换器加热时，主要依靠热传导和

8、对流方式完成加热。加热源的对象特性各异，难以直接从物理关系建立模型。因此可通过辨识法，利用阶跃响应曲线求取温