DCS控制系统在粗苯蒸馏工艺中的应用

1、 DCS控制系统在粗苯蒸馏工艺中的应用 作者：徐文飞 职位：化产班长 摘 要：粗苯蒸馏系统的控制是一个典型的多输入、多输出对象，工艺参数的相互耦合性强，动态响应时间缓慢，滞后性强，工艺指标在线测量难，具有明显的时变性和非线性。针对上述控制难点，我们引入了DCS控制系统，较好地解决了粗苯生产中人工调节频繁、调节不及时、不准确、产品质量不稳定和劳动强度大等问题。同时实现了管式炉出口富油温度、脱苯塔塔顶温度等重要参数的控制。关键词：DCS控制系统 粗苯蒸馏 脱苯塔 管式炉 温度 控制1 粗苯蒸馏工艺的控制难点1.1 脱苯塔顶温度的控制 脱苯塔顶温度是粗苯蒸馏工艺中的重要控制指标，它直接影响到粗苯的产

2、量和质量。其主要影响因素有过热蒸汽温度、过热蒸汽流量、进入脱苯塔的富油流量、管式炉进出口的富油温度、脱苯塔顶粗苯的回流量等。其中，管式炉出口的富油温度又受到进管式炉空气流量、煤气流量、烟囱吸力及管式炉热传导效率等因素的影响。在过热蒸汽温度较为稳定的情况下，通过调节过热蒸汽进入再生器的量，可在较大范围内控制脱苯塔顶的温度，但这种调节方式的滞后性较强；通过控制塔顶的粗苯回流量控制塔顶温度，回流比控制在2.53.5，但可调范围较小。1.2 管式炉出口富油温度的控制 管式炉出口富油温度的影响因素有炉膛温度、富油流量、富油进入管式炉的温度、富油的比热、管式炉的热效率等。其中后三个因素的影响较小。由于焦炉

3、换向和煤气用户用量的不均匀，煤气流量较难控制，造成煤气压力波动较大，影响的因素主要集中在富油流量和管式炉炉膛温度的控制。2 DCS系统及配置情况2.1 DCS系统概况 选用ABB Industrial ITFreelance控制系统。该系统采用全局数据库技术，是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统，全面支持现场总线技术，实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网，系统结构具有较强的伸缩能力，系统编程采用国际化标准。现场控制站采用符合技术要求的远程I/O ABB S800，并通过Profibus网关与控制站进行数据通信。系统网络分为现场层和控制管理层。 （1）现场层。ABB S800远程I/O采

4、用ProfiBus DP通信标准与AC 800F控制器进行通信；现场智能仪表采用Prof iBus PA通信标准与AC 800F控制器进行通信。 （2）控制管理层。采用标准TCP/IP协议以太网实现系统控制器及操作员站之间的通信；采用OPC数据交换标准与集团MIS管理系统接口。系统网络特点：结构简单、清晰、高速；配置灵活、方便；网络无节点限制；控制管理层100，现场层126（每条）；支持所有标准现场总线。2.2 DCS系统配置说明 粗苯蒸馏系统配置一个过程控制站、一个工程师站、两个操作站（一个放在粗苯操作室、一个放在厂长办公室），并同整个网络联网。整个系统通信结构设计为2层。第一层为现场控制层

5、，采用ProfiBus现场总线通讯协议；第二层为中央监控层，实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通信；系统通信采用TCP/IP协议以太网，通信速率为100MB。控制系统结构示意图见图1。 图1 控制系统结构示意图1进入再生器蒸汽流量的调节；2脱苯塔塔顶回流量的调节；3进入管式炉蒸汽压力的调节；4进入管式炉煤气流量的调节；5进入管式炉煤气压力的调节；6脱苯塔温度；7管式炉出口富油的温度；8脱苯塔顶回流量；9进入再生器的蒸汽流量；10进入管式炉的蒸汽压力；11进入管式炉的煤气流量；12进入管式炉的煤气压力。3 控制方案的设计及实施3.1 DCS控制方案的设计 粗苯蒸馏生产的变量较多，一直是自动

6、控制的难点。用传统的常规仪表监控很难达到理想的效果。利用计算机强大的数据采集及丰富、灵活的组态功能，在ABB Industrial ITFreelance软硬件平台以及传统控制和专家控制方案的基础上，针对粗苯蒸馏的工艺流程，并根据工艺参数的变化特点，将输入的工艺参数分别进行控制，达到整个系统的物料、能量和汽液平衡，从而实现粗苯工艺的稳定、高产、优质和低耗。整个蒸馏系统控制流程如图2所示。 图2 粗苯蒸馏控制系统的流程示意图3.2 DCS控制方案的实施 （1）在塔顶温度的控制上，通过建立计算机自动调节的数学模型，调整函数的微分和积分变量，以实现塔顶温度的自动调节。即将塔顶粗苯回流量和进入再生器的

7、蒸汽量与塔顶温度进行连锁反馈，根据专家调节方案，将进入再生器的直接蒸汽量在大范围内调节塔顶温度，将回流比严格控制在2.53.5的条件下，小范围内实现塔顶温度的自动调节。 （2）在管式炉出口富油的温度调节方面，将管式炉出口富油温度与煤气进口流量进行连锁反馈。由于煤气压力波动较大，调节阀动作频繁且调节极不稳定。根据专家经验，设置了限位函数对煤气压力进行条件反馈的调节。同时建立了计算机调节函数的模型。在煤气压力极不稳定的情况下，通过控制煤气流量来稳定炉膛温度，利用出口富油温度对炉膛温度的滞后性，建立两阶函数反馈来实现管式炉出口富油温度的自动调节。表1 使用DCS系统前后的粗苯蒸馏参数项目使用前使用后

8、脱苯塔顶温度92 2.0920.5管式炉出口富油温度18551851过热蒸汽耗量t/t粗苯1.40.9粗苯产量kg/t粗苯11.713.5粗苯180前馏出量91.193.294.395.0脱苯塔后贫油含苯0.480.26洗油消耗kg/t粗苯8010060654 结论 粗苯蒸馏装置的控制引入DCS系统后，效果明显，引入DCS系统前后工艺指标见表1。DCS系统应用于粗苯蒸馏工艺后，可实现脱苯塔塔顶回流量、进入再生塔蒸汽量、管式加热炉富油出口温度的自动控制，波动幅度较小，大大减少了人工调节的频率。并可以减少洗油消耗，增加粗苯产量。对于60万t/a规模的焦化厂，每年可节约洗油7580吨，增产粗苯600余吨，创效益220余万元。沙钢集团职称论文DCS控制系统在粗苯蒸馏工艺中的应用部 门：焦化化产车间职 位： 化产班长作 者： 徐文飞评审职称：助理工程师江苏沙钢集团有限公司二00九年十一月沙钢集团职称论文浅谈粗苯