DCS控制系統(tǒng)在粗苯蒸餾工藝中的應用

1、DCS控制系統(tǒng)在粗苯蒸餾工藝中的應用 馮書輝 劉 剛(楚雄德勝煤化工有限公司，云南祿豐651200) 王光華（武漢科技大學，武漢430081） 袁孝志（重慶川儀工程技術(shù)有限公司，重慶400700) 粗苯蒸餾系統(tǒng)的控制是一個典型的多輸入、多輸出對象，工藝參數(shù)的相互耦合性強，動態(tài)響應時間緩慢，滯后性強，工藝指標在線測量難，具有明顯的時變性和非線性。針對上述控制難點，我們引入了DCS控制系統(tǒng)，較好地解決了粗苯生產(chǎn)中人工調(diào)節(jié)頻繁、調(diào)節(jié)不及時、不準確、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和勞動強度大等問題。同時實現(xiàn)了管式爐出口富油溫度、脫苯塔塔頂溫度等重要參數(shù)的自動控制。 1 粗苯蒸餾工藝的控制難點1.1 脫苯塔頂溫度的控制

2、 脫苯塔頂溫度是粗苯蒸餾工藝中的重要控制指標，它直接影響到粗苯的產(chǎn)量和質(zhì)量。其主要影響因素有過熱蒸汽溫度、過熱蒸汽流量、進入脫苯塔的富油流量、管式爐進出口的富油溫度、脫苯塔頂粗苯的回流量等。其中，管式爐出口的富油溫度又受到進管式爐空氣流量、煤氣流量、煙囪吸力及管式爐熱傳導效率等因素的影響。在過熱蒸汽溫度較為穩(wěn)定的情況下，通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽進入再生器的量，可在較大范圍內(nèi)控制脫苯塔頂?shù)臏囟龋@種調(diào)節(jié)方式的滯后性較強；通過控制塔頂?shù)拇直交亓髁靠刂扑敎囟龋亓鞅瓤刂圃?.53.5，但可調(diào)范圍較小。1.2 管式爐出口富油溫度的控制 管式爐出口富油溫度的影響因素有爐膛溫度、富油流量、富油進入管式爐的溫度

3、、富油的比熱、管式爐的熱效率等。其中后三個因素的影響較小。由于焦爐換向和煤氣用戶用量的不均勻，煤氣流量較難控制，造成煤氣壓力波動較大，影響的因素主要集中在富油流量和管式爐爐膛溫度的控制。 2 DCS系統(tǒng)及配置情況2.1 DCS系統(tǒng)概況 選用ABB Industrial ITFreelance控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全局數(shù)據(jù)庫技術(shù)，是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統(tǒng)，全面支持現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)全局一體化編程。系統(tǒng)通信為標準以太網(wǎng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較強的伸縮能力，系統(tǒng)編程采用國際化標準。現(xiàn)場控制站采用符合技術(shù)要求的遠程I/O ABB S800，并通過Profibus網(wǎng)關(guān)與控制站進行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)網(wǎng)絡

4、分為現(xiàn)場層和控制管理層。 （1）現(xiàn)場層。ABB S800遠程I/O采用ProfiBus DP通信標準與AC 800F控制器進行通信；現(xiàn)場智能儀表采用Prof iBus PA通信標準與AC 800F控制器進行通信。 （2）控制管理層。采用標準TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)控制器及操作員站之間的通信；采用OPC數(shù)據(jù)交換標準與集團MIS管理系統(tǒng)接口。系統(tǒng)網(wǎng)絡特點：結(jié)構(gòu)簡單、清晰、高速；配置靈活、方便；網(wǎng)絡無節(jié)點限制；控制管理層100，現(xiàn)場層126（每條）；支持所有標準現(xiàn)場總線。2.2 DCS系統(tǒng)配置說明 粗苯蒸餾系統(tǒng)配置一個過程控制站、一個工程師站、兩個操作站（一個放在粗苯操作室、一個放在廠長辦公室

5、），并同整個網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)。整個系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)設計為2層。第一層為現(xiàn)場控制層，采用ProfiBus現(xiàn)場總線通訊協(xié)議；第二層為中央監(jiān)控層，實現(xiàn)各控制器之間及與操作員站、工程師站的通信；系統(tǒng)通信采用TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)，通信速率為100MB?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。 圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1進入再生器蒸汽流量的調(diào)節(jié)；2脫苯塔塔頂回流量的調(diào)節(jié)；3進入管式爐蒸汽壓力的調(diào)節(jié)；4進入管式爐煤氣流量的調(diào)節(jié)；5進入管式爐煤氣壓力的調(diào)節(jié)；6脫苯塔溫度；7管式爐出口富油的溫度；8脫苯塔頂回流量；9進入再生器的蒸汽流量；10進入管式爐的蒸汽壓力；11進入管式爐的煤氣流量；12進入管式爐的煤氣壓力。 3 控制方案的設計

6、及實施3.1 DCS控制方案的設計 粗苯蒸餾生產(chǎn)的變量較多，一直是自動控制的難點。用傳統(tǒng)的常規(guī)儀表監(jiān)控很難達到理想的效果。利用計算機強大的數(shù)據(jù)采集及豐富、靈活的組態(tài)功能，在ABB Industrial ITFreelance軟硬件平臺以及傳統(tǒng)控制和專家控制方案的基礎上，針對粗苯蒸餾的工藝流程，并根據(jù)工藝參數(shù)的變化特點，將輸入的工藝參數(shù)分別進行控制，達到整個系統(tǒng)的物料、能量和汽液平衡，從而實現(xiàn)粗苯工藝的穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗。整個蒸餾系統(tǒng)控制流程如圖2所示。 圖2 粗苯蒸餾控制系統(tǒng)的流程示意圖3.2 DCS控制方案的實施 （1）在塔頂溫度的控制上，通過建立計算機自動調(diào)節(jié)的數(shù)學模型，調(diào)整函數(shù)的微分

7、和積分變量，以實現(xiàn)塔頂溫度的自動調(diào)節(jié)。即將塔頂粗苯回流量和進入再生器的蒸汽量與塔頂溫度進行連鎖反饋，根據(jù)專家調(diào)節(jié)方案，將進入再生器的直接蒸汽量在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)塔頂溫度，將回流比嚴格控制在2.53.5的條件下，小范圍內(nèi)實現(xiàn)塔頂溫度的自動調(diào)節(jié)。 （2）在管式爐出口富油的溫度調(diào)節(jié)方面，將管式爐出口富油溫度與煤氣進口流量進行連鎖反饋。由于煤氣壓力波動較大，調(diào)節(jié)閥動作頻繁且調(diào)節(jié)極不穩(wěn)定。根據(jù)專家經(jīng)驗，設置了限位函數(shù)對煤氣壓力進行條件反饋的調(diào)節(jié)。同時建立了計算機調(diào)節(jié)函數(shù)的模型。在煤氣壓力極不穩(wěn)定的情況下，通過控制煤氣流量來穩(wěn)定爐膛溫度，利用出口富油溫度對爐膛溫度的滯后性，建立兩階函數(shù)反饋來實現(xiàn)管式爐出口富油溫度的自動調(diào)節(jié)。 表1 使用DCS系統(tǒng)前后的粗苯蒸餾參數(shù)項 目 脫苯塔頂溫度 管式爐出口富油溫度， 過熱蒸汽耗 量t/t粗苯 粗苯產(chǎn)量 t/d 粗苯180前餾出量 脫苯塔后貧油含苯 洗油耗量 kg/t粗苯 使用前 92±2.0 185±5 1.4 11.7 91.193.2 0.48 80100 使用后 92±0.5 185±1 0.9 13.5 94.395.0 0.26 6065 4 結(jié)論 粗苯蒸餾裝置的控制引入DCS系統(tǒng)后，效果明顯，引入DCS系統(tǒng)前后工藝指標見表1。DCS系統(tǒng)應用于粗苯蒸餾工藝后