CN106040676B - 一种精馏塔管线自动冲洗方法 - Google Patents

一种精馏塔管线自动冲洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种精馏塔管线自动冲洗方法，属于化工炼油生产管线技术领域。该方法在传统液位—流量串级控制的基础上，对塔底液位变量进行动态函数补偿，即采取液位主要干扰量——塔进料量的变化量作为前馈信号。依照工艺要求预先设定进料变化量，以稳定塔底液位为目标，采用动态函数补偿的方法，对塔底液位进行有效的动态控制，在工艺调整进料量的情况下塔底液位仍能稳定运行。本方法能够实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，大大减少进料量变化对精馏塔正常生产的影响，同时降低了模型失配对动态函数补偿作用的影响，增加滤波模块，增强***的鲁棒性。

Description

一种精馏塔管线自动冲洗方法
技术领域
本发明涉及一种精馏塔管线自动冲洗方法，属于化工炼油生产管线技术领域。
背景技术
在化工炼油生产中，精馏塔是关键的精馏操作设备，其平稳运转与否，关系到目标产物纯度的高低。其中，塔底液位直接关系到整个精馏塔的物料平衡、能量平衡，当塔液位过高可能会造成满釜，液位过低可能会造成空釜。为了维持塔设备的正常生产，塔底液位需要控制在一定安全操作范围内。
某些精馏塔的塔进料管线由于进料原料中含有重质油成分，容易对后续工艺管线造成堵塞，通常采取的方法是人工定期对塔进料进行提量、保持、降量的操作，对下游管线起到冲刷的作用，但这会造成塔底液位的大幅度波动。然而，塔底液位通常由塔底出料量进行调节，采取液位—流量串级控制方案，这样的调节方式存在时间滞后的问题，对塔底液位的调节不够及时，这是液位大幅波动的主要原因。对一些控制水平要求高的塔设备，塔底液位的大幅波动必须加以重视。
目前对精馏塔管线的冲洗方法大多采用人工提量、保持、降量，对下游管线起到冲刷的作用。
现有技术采用的人工手动冲洗方法容易导致塔底液位的大幅度波动，而塔底液位通常由塔底出料量来调节，采取液位—流量串级控制方案，这样的调节方式存在时间滞后问题，对塔底液位的调节不够及时，这是造成塔底液位大幅度波动的主要原因，对一些控制水平要求高的塔设备，塔底液位的大幅波动必须加以重视。
发明内容
本发明的目的提出一种新颖的保证精馏塔稳定操作的管线冲洗方法。该方法在传统液位—流量串级控制的基础上，对塔底液位变量进行动态函数补偿，即采取液位主要干扰量——塔进料量的变化量作为前馈信号。依照工艺要求预先设定进料变化量，以稳定塔底液位为目标，采用动态函数补偿的方法，对塔底液位进行有效的动态控制，在工艺调整进料量的情况下塔底液位仍能稳定运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种精馏塔管线自动冲洗方法，以实现对精馏塔下游管线的冲刷，精馏塔进料量的设定值按工艺要求进行调整，在常规的液位-流量串级控制基础上加入动态函数补偿，实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，减少或消除进料量变化对精馏塔正常生产的影响。
如图1所示，为本方法的精馏塔流程图，塔进料量为FIC1001，其给定值FIC001.SV按工艺需求进行调整，塔底液位LIC001与出料量FIC002实现串级控制。在此基础上，依据进料量的调整变化，对塔底液位串级控制进行动态函数补偿，其控制回路方块图如图2所示。
精馏塔的塔底液位主要扰动为进料量的变化，在进料量按预先设定值变化时，对塔底液位造成的干扰极大。原控制方案中，待检测到液位发生变化之后，控制器才做出调节动作，因此原液位—流量串级控制方案调节有滞后，控制效果不理想。为此，增加进料量的变化量ΔPV作为动态函数补偿信号。当进料量变化时，***在每个扫描周期内检测进料量的变化，将进料变化量送入补偿运算模块进行运算处理，再把补偿运算经滤波后输出送到液位控制器的输出端，作为出料流量控制器设定值FIC002.SV的增量，对精馏塔的塔底液位—流量串级控制进行动态函数补偿，这样即实现塔底液位受进料量变化的影响之前，根据进料量按函数f(t)规律变化，对出料量进行动态函数补偿调节，起到稳定塔液位的效果。
该动态函数补偿方案为：通过检测进料量的变化量，根据塔底液位变量的动态平衡原理，计算出进料变化量ΔPV(s)相对应的出料变化量ΔPV1(s)，关系如下：
其中，ΔPV1(s)为出料量变化量的拉氏变换，ΔPV(s)为进料量变化量的拉氏变换，GP(s)为主对象液位的传递函数，GPD(s)为干扰通道传递函数。
由副回路的输入输出关系：
其中，GC1(s)为副回路流量控制器传递函数，GP1(s)为副回路流量对象传递函数，ΔSV(s)为出料流量设定值变化量的拉氏变换。
进而推出该出料流量的设定值变化量ΔSV(s)，如式(3)所示：
即得动态函数补偿运算模块为：
其中，为理论计算的塔底排出流量变化量传递函数。
由上式(4)得动态函数补偿运算模块需要辨识的对象模型有：副回路流量对象GP1(s)、主回路液位对象GP(s)及干扰通道对象GPD(s)。
在实际的应用中，对象的数学模型辨识不可避免地存在模型误差，即模型失配，为降低模型失配对动态函数补偿作用的影响，增强***的鲁棒性，在补偿运算模块后加入一阶滤波模块：
其中α为可调节的滤波器常数，Gf(s)为滤波模块传递函数。得到最终的补偿运算模块为：
其中，GFC(s)为实际输出的塔底排出流量变化量传递函数，即前馈控制器的传递函数。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
(1)在原有的精馏塔管线冲洗方法的基础上，对塔底液位—流量串级控制方案增加了动态函数补偿，在进料量按预定的函数变化时，对塔底液位—流量串级进行动态函数补偿控制，实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，大大减少进料量变化对精馏塔正常生产的影响。
(2)在本发明方案中，为了降低模型失配对动态函数补偿作用的影响，增加滤波模块，增强***的鲁棒性。
附图说明
图1精馏塔塔底液位控制流程图。
图2精馏塔塔底液位控制回路方块图。
图中：
GC(s):液位控制器的传递函数
GP(s):主回路液位对象的传递函数
GC1(s):副回路流量控制器的传递函数
GP1(s):副回路流量对象的传递函数
GFC(s):前馈控制器的传递函数
GPD(s):干扰通道传递函数
SV(s):液位设定值的拉氏变换
L(s):液位输出的拉氏变换
ΔPV(s):干扰量的拉氏变换
ΔSV(s):前馈补偿量的拉氏变换
具体实施方式
为了验证上述方案的有效性，结合工业实际生产案例，在横河CS3000***中进行上述方案的仿真验证。
如图1所示，在乙烯工业生产中，为了防止急冷段中轻质燃料油汽提塔的出料管道被下游的重质油堵塞，通常采取定期对轻质燃料油塔进料进行提量、保持、降量的手段，对下游管线起到冲刷的作用，但这会造成轻质燃料油塔底液位的大幅度波动，而塔底液位通常通过控制出料量，采取液位-流量串级控制方案进行调节，由于液位对象存在滞后问题，所以采用这样的控制策略往往调节速度过慢。针对此问题，采取上述的动态函数补偿控制方案进行控制。
方案实施之前，如图2所示，辨识出动态函数补偿方案所需的对象模型。
副回路流量控制器参数为：比例系数P＝100，积分时间I＝10，微分时间D＝0，即可得滤波器参数α＝2，即根据(6)式即可得前馈控制器为：
根据上述提供的模型参数及控制器参数进行仿真，将原控制方案和本发明方案进行对比，进料流量从40t/h增加到50t/h，以900t/h的速率按斜坡函数变化，待进料量提升到50t/h后，保持2分钟，然后再以900t/h的速率进行降量。
通过实例仿真，进料量按传统液位—流量串级控制方案控制时，液位波动范围为SV±6.14％(SV是设定值)；本发明方案液位波动范围为SV±0.3％。可见，在原方案基础上增加动态函数补偿方案后，在进行塔进料的提降量操作时，对塔液位的影响大大减小，效果显著。

Claims (2)

1.一种精馏塔管线自动冲洗方法，其特征在于：精馏塔的塔底液位主要扰动为进料量的变化，在进料量按预先设定值变化时，对塔底液位造成的干扰极大；原控制方案中，待检测到液位发生变化之后，控制器才做出调节动作，因此原液位—流量串级控制方案调节有滞后，控制效果不理想；为此，增加进料量的变化量ΔPV作为动态函数补偿信号；当进料量变化时，***在每个扫描周期内检测进料量的变化，将进料变化量送入补偿运算模块进行运算处理，再把补偿运算经滤波后输出送到液位控制器的输出端，作为出料流量控制器设定值FIC002.SV的增量，对精馏塔的塔底液位—流量串级控制进行动态函数补偿，这样即实现塔底液位受进料量变化的影响之前，根据进料量按函数f(t)规律变化，对出料量进行动态函数补偿调节，起到稳定塔液位的效果；
该动态函数补偿方案为：通过检测进料量的变化量，根据塔底液位变量的动态平衡原理，计算出进料变化量ΔPV(s)相对应的出料变化量ΔPV1(s)，关系如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;PV</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>P</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>P</mi> <mi>V</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，ΔPV1(s)为出料量变化量的拉氏变换，ΔPV(s)为进料量变化量的拉氏变换，GP(s)为主对象液位的传递函数，GPD(s)为干扰通道传递函数；
由副回路的输入输出关系：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;PV</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>S</mi> <mi>V</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，GC1(s)为副回路流量控制器传递函数，GP1(s)为副回路流量对象传递函数，ΔSV(s)为出料流量设定值变化量的拉氏变换；
进而推出该出料流量的设定值变化量ΔSV(s)，如式(3)所示：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>S</mi> <mi>V</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>&amp;Delta;PV</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>P</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>P</mi> <mi>V</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
即得动态函数补偿运算模块为：
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其中，为理论计算的塔底排出流量变化量传递函数；
由上式(4)得动态函数补偿运算模块需要辨识的对象模型有：副回路流量对象GP1(s)、主回路液位对象GP(s)及干扰通道对象GPD(s)。
2.根据权利要求1所述的一种精馏塔管线自动冲洗方法，其特征在于：在实际的应用中，对象的数学模型辨识不可避免地存在模型误差，即模型失配，为降低模型失配对动态函数补偿作用的影响，增强***的鲁棒性，在补偿运算模块后加入一阶滤波模块：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>f</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>s</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中α为可调节的滤波器常数，Gf(s)为滤波模块传递函数；得到最终的补偿运算模块为：
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其中，GFC(s)为实际输出的塔底排出流量变化量传递函数，即前馈控制器的传递函数。
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