乙烯精馏塔质量控制的温度测量精度问题及改进措施.pdf

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1、第７期罗雄麟等．乙烯精馏塔质量控制的温度测量精度问题及改进措施７８９乙烯精馏塔质量控制的温度测量精度问题及改进措施罗雄麟赵晓鹰孙琳许銞（中国石油大学信息学院自动化系，北京１０２２４９）摘要提出在乙烯精馏塔ＤＣＳ控制中采用２４位Ａ／Ｄ转换器代替原１６位Ａ／Ｄ转换器的改进措施，并通过动态仿真实验证明该措施使温度测量精度由０．０３℃提高到０．０００１℃，温度与产品质量之间的信息丢失量降低，可以用温度表征相应的产品质量，温度可以形成闭环反馈控制回路，满足实际乙烯精馏塔质量控制要求。关键词测量精度乙烯精馏塔过程控制Ａ／Ｄ转换器中图

2、分类号ＴＨ８６５文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０７-０７８９-０６精馏塔是石油化工生产过程中应用最为广泛模拟信号需通过Ａ／Ｄ转换器转换为控制器可［１４～１６］的分离设备，同时也是能耗较多、要求较严格、操以处理的数字信号，Ａ／Ｄ转换器的位数作条件较苛刻的操作单元。塔内各塔板上同时进与被测变量量程会影响温度测量精度和量化行着传质、传热过程，各变量之间的关联度较高。结果。若以温度作为被控变量去反推得到产精馏塔质量控制过程中，最直接的质量指标是馏品质量，必须保证温度与馏出物产品质量一一出物产品组成。近年来，成

3、分检测仪表发展很快，对应，即使现场Ａ／Ｄ转换器位数选择最高，经［１～３］特别是对工业色谱在线分析研究较多，出现过量化后的温度与出料乙烯浓度仍有一定的［１７］了很多以组分为直接质量指标的控制方案。然而信息丢失，某一温度不再对应唯一的产品纯由于组分分析仪表价格昂贵，维护保养困难，采样度，而是对应馏出物乙烯产品质量的一个范周期较长，导致反应缓慢、滞后较大、可靠性围。因此，实际乙烯精馏塔ＤＣＳ控制系统中，［４～７］低，实际质量控制过程中一般以温度作为被由于温度测量精度低，无法保证与产品质量的控变量，将温度控制在要求范围内，根据模

4、型反推对应关系，即使形成反馈控制回路也无法将温得到产品质量。度控制在设定值不变，反馈控制回路失效，不［８～１０］乙烯精馏塔是精馏塔中结构最复杂、要能满足乙烯精馏塔的质量控制要求。在实际求最严格的分离设备，与一般精馏塔相比，乙烯精乙烯精馏过程中，温度通常不形成闭环控制回馏塔有３个特征：采用中间再沸器、产品侧线抽路，一般采取开环控制，易使温度余差较高且出、产品质量要求较高。采用中间再沸器是为了系统稳定性降低。为此，笔者对此进行了分回收冷却量，产品侧线抽出可以提高出料产品中析、改进。的乙烯浓度，避免塔顶产品中甲烷的影响，有脱甲

5、１Ａ／Ｄ转换器位数对温度测量精度的影响及改烷功能，使一塔起到两塔的作用。虽然这样可以进措施降低生产成本和操作费用，但同时也增加了塔的１．１Ａ／Ｄ转换器位数对温度测量精度的影响自由度，使塔的耦合性增加，比常规精馏塔更难操实际乙烯精馏塔ＤＣＳ控制系统中，若以温度作和控制。乙烯精馏属于精密精馏过程，对出料为被控变量，间接表征馏出物产品质量，Ａ／Ｄ转乙烯产品质量要求较高，乙烯精馏塔的操作和控换器位数与温度变化量程直接影响温度的测量精制水平直接关系到乙烯产品的质量、收率和能量度和量化结果。Ａ／Ｄ转换器位数越高，温度变化［１１～１３

6、］消耗。现场乙烯精馏塔ＤＣＳ控制系统中，测量的收稿日期：２０１５-０５-１４（修改稿）７９０化工自动化及仪表第４２卷范围越小，测量精度越高，馏出物温度与产品质量表１Ａ／Ｄ转换器在不同量程下的［１８～２０］信息丢失量越少，两者的匹配度越高。测量精度与量化单位现场乙烯精馏塔ＤＣＳ操作系统中，Ａ／Ｄ转换精度（相对误差）绝对误差／℃位数器位数选择有１２位和１６位，温度测量仪表为镍％１００℃５００℃１０００℃铬－铜镍热电偶（Ｅ型热电偶），温度测量范围为－２１２４．８８５×１００．０４９０．２４５０．４９０－２００～８００℃，量程为

7、１０００℃。ＤＣＳ制造商为了１６３．０５２×１０－３０．００３０．０１５０．０３０降低成本，几个同类信号共用一块Ａ／Ｄ转换器电［２１，２２］路板，由于各信号数值差别较大，温度量程实际生产过程中，乙烯精馏属于精密精馏过取最大的变化范围以满足所有信号变化，实际乙程，出料产品组分波动控制在０．１５％以内，相应烯精馏塔ＤＣＳ系统中，温度变化量程取１０００℃。的温度变化很小。该化工厂一天内乙烯产品质量现有１２位和１６位Ａ／Ｄ转换器在不同温度变化与温度变化的曲线如图１所示。量程下的测量精度与量化单位见表１。图１一天内乙烯产品质量与温

8、度的变化曲线由图１可知，现场测量的温度信号是经Ａ／Ｄ转换器转换后的离散信号，温度测量精度很低只有０．１℃，导致量化后的温度不再对应唯一的产品质量，而是对应产品质量的一个范围。由于现场乙烯精馏塔压力波动很大，一天内的温度变化也较大，在０．４℃左右。由表１可知，１２位的Ａ／Ｄ转换器在温度量程为１０００℃情况下，温度测量精