專利名稱:氣體分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及煉油工業(yè)中氣體分餾塔的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制技術(shù),特別是MTBE、氣體分餾、烷基化等化工裝置的氣體分餾塔的微機(jī)在線優(yōu)控方法。
煉油廠中氣體分餾塔的主要生產(chǎn)任務(wù),是將液態(tài)烴按工藝要求在塔頂塔底切割成不同的產(chǎn)品組分。產(chǎn)品品質(zhì)的好壞取決于該塔的壓力、溫度及塔內(nèi)的汽、液相負(fù)荷的分布。汽、液相負(fù)荷在塔板上分布的是否均勻和穩(wěn)定,是決定塔的分餾效果與產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素。而塔的汽、液相負(fù)荷,又分別由塔底重復(fù)器的蒸汽量和塔頂回流量提供。舊的控制方案,不論是氣體分餾裝置的分餾塔,還是MTBE的分餾塔,或是由美田引進(jìn)的烷基化裝置的氣體分餾塔,對(duì)上述的溫度、壓力以及汽、液相負(fù)荷,都是采用單參數(shù)控制方法,這樣由于操作人員的方法不一,加上人為滯后及對(duì)各參數(shù)的調(diào)整顧此失彼,不僅水、電、汽消耗過(guò)大,而且質(zhì)量無(wú)法保證。對(duì)裝置冷換設(shè)備的泄漏以及開(kāi)長(zhǎng)周期等均有很大影響,直接影響整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的目的是針對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)存在的上述問(wèn)題,以最優(yōu)控制原理中多約束條件下尋找優(yōu)化點(diǎn)的優(yōu)化思想為依據(jù),結(jié)合對(duì)現(xiàn)有串級(jí)控制和單參數(shù)控制的改進(jìn),通過(guò)對(duì)氣體分餾塔的壓力、頂溫、底溫以及靈敏板溫度等相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)對(duì)分餾塔回流量和蒸汽量實(shí)時(shí)閉環(huán)在線優(yōu)化控制,最終達(dá)到合理分配塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷,提高產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)能降耗提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明在現(xiàn)有MTBE生產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)或其它計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上,設(shè)置一臺(tái)完成優(yōu)化運(yùn)算與控制的上位計(jì)算機(jī),而以現(xiàn)有控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)為下位機(jī)。上位機(jī)CPU處理能力要求80386以上的IBM或兼容機(jī)。首先將分餾塔的頂溫、底溫、靈敏板溫度、塔壓力以及回流量與蒸氣量的測(cè)量值、給定值等有關(guān)數(shù)據(jù),通過(guò)上、下位機(jī)通訊傳至上位優(yōu)化機(jī)。優(yōu)化機(jī)經(jīng)過(guò)多參數(shù)優(yōu)化運(yùn)算,將得到的最佳蒸汽量和回流量的控制值通過(guò)上、下位機(jī)通訊發(fā)給下位機(jī),由下位機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成控制功能;再將現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)果反饋給上位機(jī),重復(fù)上述過(guò)程以實(shí)現(xiàn)分餾塔的多參數(shù)優(yōu)化運(yùn)算,并對(duì)蒸汽量與回流量實(shí)現(xiàn)閉環(huán)在線優(yōu)化控制。本發(fā)明計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)思想是按照溫度、壓力與控制量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型分別編制分餾塔氣相負(fù)荷和液相負(fù)荷的在線優(yōu)化控制程序。下面分別闡述兩部分程序的數(shù)學(xué)模型、算法結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征。
1、分餾塔汽相負(fù)荷在線優(yōu)化控制程序(算法1)以溫度——蒸氣流量(自控表)為例設(shè)底溫——主控參數(shù)為TO,允許波動(dòng)偏差±ΔTO,允許波動(dòng)值域?yàn)門O±ΔTO;設(shè)靈敏板——輔調(diào)溫度為TBO;允許塔壓力為PO(MPa);設(shè)流量——副控制參數(shù)為FO,允許上、下限為FO大、FO小,初始控制量FO=(FO大+FO小)/2,波動(dòng)幅度為ΔFO=|(FO大+FO小)|/2;初始步長(zhǎng)為K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO;其中K為滯后因子,可依表類型調(diào)整,適宜值為0.1--10。
線性關(guān)系為ΔT+ΔTB→FO-K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO約束邊界ΔTB為0≤|ΔTB|≤3(取整數(shù))約束邊界(流量)FO小≤FO-K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO≤FO大控制過(guò)程設(shè)實(shí)測(cè)主參數(shù)變化值為TPV(底溫),靈敏板溫度實(shí)測(cè)值為TBPV,底溫偏差值ΔT= TPV-TO,靈敏板偏差ΔTB=TBPV-ΔTBO。
首先判斷FPV。當(dāng)FO小≤FPV≤FO大,且實(shí)測(cè)塔壓PPV≤PO時(shí),按如下模型控制ΔT+ΔTB→FO-K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO當(dāng)FO小≤FPV≤FO大,且實(shí)測(cè)塔壓PPV≥PO時(shí),按如下模型控制ΔT+ΔTB→FO-|K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO|2.分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制程序(算法2)以靈敏板+頂溫→回流量(自控表)為例設(shè)頂溫→主參數(shù)為TO,允許波動(dòng)偏差為±ΔTO,允許波動(dòng)值域?yàn)門O±ΔTO;靈敏板溫度設(shè)定值為TBO;塔壓力設(shè)定值為PO(MPa);設(shè)流量→副控制參數(shù)為FO,允許上、下限為FO大、FO小,首控量(FO)模型FO=(FO大+FO小)/2(或由優(yōu)化運(yùn)算來(lái));波動(dòng)幅度為ΔF=|(FO大+FO小)/2|步長(zhǎng)為KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO線性關(guān)系為ΔT+ΔTB→F+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO
約束邊界為-3≤ΔTB≤O(ΔTB取整數(shù))FO小≤F+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO≤FO大控制過(guò)程設(shè)實(shí)測(cè)主參數(shù)變化值為TPV(頂溫),微控(靈敏板)實(shí)測(cè)值為TBPV,則ΔT=TPV-TO,ΔTB=TBPV-TBO。
首先判斷FPV。當(dāng)FO小≤FPV≤FO大,且實(shí)測(cè)塔壓PPV<PO時(shí),按如下模型控制ΔT+ΔTB→FO+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO當(dāng)FO小≤FPV≤FO大、且PO≤PPV<PO+0.06時(shí),按如下模型控制ΔT+ΔTB→FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/(ΔTO+1)當(dāng)FO小≤FPV≤FO大,且實(shí)測(cè)塔壓PPV≥PO+0.06,按如下模型控制ΔT+ΔTB→FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO采用本方法對(duì)氣體分餾塔汽、液相負(fù)荷實(shí)時(shí)在線閉環(huán)優(yōu)化控制后,可使MTBE、氣體分餾裝置或其它裝置中的氣體分餾塔的操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷,避免了原控制中易使塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷失衡的不良現(xiàn)象,穩(wěn)定了塔的操作。與國(guó)內(nèi)同類裝置采用的串級(jí)控制相比,具有控制過(guò)程穩(wěn)定,運(yùn)算參數(shù)多,控制精度高,節(jié)能效果好,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。并且具有安全、預(yù)測(cè)等功能。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為MTBE裝置分餾塔部分物料流程圖;圖2為控制過(guò)程框圖3為優(yōu)化控制參數(shù)設(shè)定程序流程圖;圖4為分餾塔汽相負(fù)荷在線優(yōu)化控制運(yùn)算程序流程圖;圖5為分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制運(yùn)算程序流程圖;圖6為MTBE裝置分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制設(shè)計(jì)構(gòu)思框圖。
圖1中,1為反應(yīng)物料,2為第一共沸塔,3為回流量,4為第二反應(yīng)器,5為第二共沸塔,6為回流量,7為蒸汽量。
圖2中,T304為共沸塔,PT為壓力變送器,TT為塔底溫度變送器,TBT為靈敏板溫度變送器,F(xiàn)T為流量變送器,DQ為電氣轉(zhuǎn)換器,XWJ為下位機(jī),KBT為變步長(zhǎng)控制器(上位機(jī)),F(xiàn)S為蒸氣量上下限設(shè)定。
圖3為優(yōu)化控制參數(shù)設(shè)定程序流程圖。在此功能模塊,用戶通過(guò)人機(jī)畫(huà)面對(duì)話,可以選擇各塔蒸汽量或回流量的初始設(shè)定值及修改有關(guān)參數(shù)設(shè)定值。包括有塔底、塔頂溫度初值;塔底、塔頂溫度偏差限值;塔壓限值;蒸汽量或回流量限值;靈敏板溫度限值;滯后因子等優(yōu)化運(yùn)算所需各種參數(shù)值。在此功能模塊,用戶可以選擇具備條件的(正在投在線自動(dòng)單回路調(diào)節(jié))蒸汽量或回流量投優(yōu)化控制,也可以將已投優(yōu)化控制的蒸汽量或回流量摘除優(yōu)化控制,回到在線自動(dòng)單回路調(diào)節(jié)方式下運(yùn)行。
圖4為分餾塔氣相負(fù)荷在線優(yōu)化控制運(yùn)算程序流程圖。本功能模塊進(jìn)行多參數(shù)綜合優(yōu)化控制所需各種運(yùn)算。主要包括首先計(jì)算塔底溫度和靈敏板溫度的偏差值ΔT、ΔTB,計(jì)算蒸汽量給定值SVO及測(cè)量偏差值ΔF,然后限制靈敏板溫度在±3℃之內(nèi);進(jìn)一步判斷當(dāng)前蒸汽量的測(cè)量值F是否在設(shè)定限值(F小,F(xiàn)大)之內(nèi),若在(F小,F(xiàn)大)之內(nèi),則又判斷當(dāng)前塔壓力是否低于設(shè)定塔壓限值,若低于設(shè)定塔壓,則當(dāng)前蒸汽量最佳設(shè)定值為SV=FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO;若高于設(shè)定塔壓限值,則當(dāng)前蒸汽量最佳設(shè)定值為FO-|KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO|,然后將最佳蒸汽量設(shè)定值送到變步長(zhǎng)控制器,發(fā)到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成優(yōu)化控制任務(wù)。
圖5為分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制運(yùn)算程序流程圖。本功能模塊進(jìn)行多參數(shù)綜合優(yōu)化控制所需各種運(yùn)算。主要包括首先計(jì)算塔頂溫度和靈敏板溫度的偏差值ΔT、ΔTB,計(jì)算回流量給定值SVO及測(cè)量偏差值ΔF,然后限制靈敏板溫度在-3--0℃之內(nèi);進(jìn)一步判斷當(dāng)前回流量的測(cè)量值F是否在設(shè)定限值(F小,F(xiàn)大)之內(nèi),若在(F小、F大)之內(nèi),則又判斷當(dāng)前塔壓力是否低于設(shè)定塔壓限值,若低于設(shè)定塔壓,則當(dāng)前回流量最佳設(shè)定值為SV=FO+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO;若高于設(shè)定塔壓限值,則當(dāng)前回流量最佳設(shè)定值為FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/(ΔTO+1),然后將最佳回流量設(shè)定值送到變步長(zhǎng)控制器,發(fā)到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成優(yōu)化控制任務(wù)。
圖6為MTBE裝置分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制設(shè)計(jì)構(gòu)思框圖。本功能模塊描述了MTBE裝置分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制的構(gòu)思及實(shí)施流程。主要包括有首先通過(guò)通訊將現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)讀入優(yōu)化上位機(jī),然后在多參數(shù)在線優(yōu)化控制參數(shù)設(shè)定畫(huà)面設(shè)定有關(guān)參數(shù);分別選擇蒸氣量或回流量的優(yōu)化表,當(dāng)滿足條件時(shí),可投優(yōu)化控制,將優(yōu)化運(yùn)算的結(jié)果送給變步長(zhǎng)先進(jìn)控制器,最后發(fā)到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成優(yōu)化控制任務(wù)。
氣體分餾塔在線閉環(huán)優(yōu)化控制,就是針對(duì)MTBE裝置、氣體分餾裝置及其它裝置中的氣體分餾塔的溫度、壓力及其它參數(shù)實(shí)行在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化運(yùn)算,并在與其相應(yīng)的塔頂回流量和塔底蒸汽量各自的串級(jí)或單回路控制的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)氣體分餾塔的多參數(shù)在線閉環(huán)優(yōu)化控制。現(xiàn)以MTBE裝置共沸塔汽相負(fù)荷控制過(guò)程為例加以說(shuō)明。
首先在上位優(yōu)化機(jī)上將共沸塔塔底溫度按工藝設(shè)定為146℃,允許波動(dòng)偏差設(shè)定為±3℃,靈敏板溫度設(shè)定為141℃,壓力約束邊界為≯0.75MPa,蒸汽量上限設(shè)定為4.4T/H,下限為1T/H,滯后因子K設(shè)定為1.0,此時(shí)投在線優(yōu)化控制。由優(yōu)化機(jī)進(jìn)行算法1運(yùn)算,再將運(yùn)算得到的蒸汽量的優(yōu)控值賦予變步長(zhǎng)控制器,作為塔底蒸汽量的初始控制量;再將可變步長(zhǎng)控制器得到的最佳控制量通過(guò)上、下位機(jī)通訊發(fā)給下位機(jī),再由下位機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成塔底溫度與蒸汽量在塔底溫度優(yōu)化值附近或蒸汽量上下限設(shè)定內(nèi)的平衡調(diào)節(jié)?,F(xiàn)場(chǎng)控制單元將控制結(jié)果由TT、TBT、FT、PT反饋給上位優(yōu)化機(jī),然后重復(fù)上述過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種氣體分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制方法,其特征在于它是在生產(chǎn)裝置現(xiàn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上設(shè)置一臺(tái)完成優(yōu)化運(yùn)算與控制的上位計(jì)算機(jī),以現(xiàn)有控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)為下位機(jī),并按如下步驟進(jìn)行a.按照溫度、壓力與控制量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型確定i)分餾塔汽相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法;ii)分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法;b.依據(jù)控制算法編制在線優(yōu)化控制程序;c)運(yùn)行在線優(yōu)化控制程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化控制方法,其特征在于所說(shuō)的分餾塔氣相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法內(nèi)容包括a,在線優(yōu)控相關(guān)參數(shù)設(shè)定;b,計(jì)算塔底溫度和靈敏板溫度的偏差值ΔT、ΔTB,計(jì)算蒸汽量給定值SVO及測(cè)量偏差值ΔF;c,限制靈敏板溫度偏差在±3℃之內(nèi);d,判斷當(dāng)前蒸汽量的測(cè)量值F是否在設(shè)定限值之內(nèi),如不在,則退出;e,判斷當(dāng)前塔壓力是否低于設(shè)定塔壓限值;f,若低于設(shè)定塔壓,則當(dāng)前蒸汽量最佳設(shè)定值為SV=FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO;g,若高于設(shè)定塔壓限值,則當(dāng)前蒸汽量最佳設(shè)定值為FO-|KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO|;h,將最佳值蒸汽量設(shè)定值送到變步長(zhǎng)控制器,發(fā)到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成優(yōu)化控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化控制方法,其特征在于所說(shuō)的分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法內(nèi)容包括a,在線優(yōu)控相關(guān)參數(shù)設(shè)定;b,計(jì)算塔頂溫度和靈敏板溫度的偏差值ΔT、ΔTB,計(jì)算回流量給定值SVO及測(cè)量偏差值ΔF;c,限制靈敏板溫度偏差在-3--0℃之內(nèi);d,判斷當(dāng)前回流量的測(cè)量值F是否在設(shè)定限值之內(nèi),如不在,則退出;e,判斷當(dāng)前塔壓力是否低于設(shè)定塔壓限值;f,若低于設(shè)定塔壓,則當(dāng)前回流量最佳設(shè)定值為SV=FO+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO;g,若高于設(shè)定塔壓限值,則當(dāng)前回流量最佳設(shè)定值為FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/(ΔTO+1);h,將最佳回流量設(shè)定值送到變步長(zhǎng)控制器,發(fā)到下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制單元完成優(yōu)化控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化控制方法,其特征在于所說(shuō)的在線優(yōu)化控制程序是對(duì)分餾塔汽相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法和分餾塔液相負(fù)荷在線優(yōu)化控制算法的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),其中在線設(shè)定參數(shù)要求為a,汽相負(fù)荷限制靈敏板溫度偏差在-3℃--3℃之內(nèi);b,液相負(fù)荷限制靈敏板溫度偏差在-3℃--0℃之內(nèi);c,滯后因子K=0.1--10。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種煉油工業(yè)中化工裝置的氣體分餾塔多參數(shù)在線優(yōu)化控制方法。它是在生產(chǎn)裝置現(xiàn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上,設(shè)置一臺(tái)完成優(yōu)化運(yùn)算與控制的上位計(jì)算機(jī),結(jié)合對(duì)串級(jí)控制和單參數(shù)控制的改進(jìn),給出針對(duì)氣體分餾塔的壓力、溫度的多參數(shù)在線優(yōu)化控制算法,并據(jù)以編制、運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序,以對(duì)氣體分餾塔的回流量和蒸汽量實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)控,最終達(dá)到合理分配塔內(nèi)汽、液相負(fù)荷,提高產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)能降耗的目的。
文檔編號(hào)B01D3/14GK1169330SQ9611540
公開(kāi)日1998年1月7日 申請(qǐng)日期1996年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月25日
發(fā)明者張龍祥, 金晶浩, 欒錫林, 金福江, 林錫鎮(zhèn), 王昌東, 許志勇, 王樹(shù)貴 申請(qǐng)人:撫順石油化工公司石油二廠, 撫順石油學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司