连续重整装置应用APC技术效果

以多变量模型预测控制为主要特征的先进控制技术(APC)是比传统的PID控制更为优异的一种控制技术,代表性技术有Aspen公司的DMCplus技术和Honeywell公司的鲁棒多变量预估控制技术(Profit Controller)。连续重整装置投用先进控制系统后,主要装置运行参数更加平稳,提高了产品质量的均匀度,降低了产品不合格率;实现了各主要操作参数的自动协调控制,同时实现了脱戊烷塔底油和脱丁烷塔底油芳烃含量的在线闭环控制,有效降低了操作人员的劳动强度;脱戊烷塔和脱丁烷塔控制器投用后,塔顶温度、塔底温度和灵敏板温度平稳性提高,通过卡边操作,降低了装置的干气产率,液体收率提高了0.15%;由于反应系统和预加氢系统操作平稳性提高,降低了反应炉的燃料气消耗,节省了0.122kg燃料气/t原料,降低了装置能耗,每年产生节能效益432.07万元。在连续重整装置上应用APC技术是当前企业节能降耗、挖潜增效的有效手段。     

气体分馏装置先进控制技术应用

大连石化公司第三套气体分馏装置设计加工能力为50×10^4t/a,生产的粗丙烯纯度为99.5%,原采用美国霍尼韦尔公司的集散控制系统（DCS）,控制方案以单回路和串级回路PID控制为主。为了进一步提高丙烯收率和产品分离精度,实施了先进控制系统应用项目,对影响收率和产品质量的塔进料量、进料温度、塔底温度、塔顶温度、压力、回流量、回流温度、塔液位等参数进行优化控制,特别是对最主要的影响因素塔顶温度和塔底温度进行优化控制。介绍了先进控制系统的控制目标、设计依据、控制方案和应用情况。经过一年的工程开发和现场调试,装置的先进控制系统投用率达到90%以上,丙烯收率提高0.55%,装置综合能耗降低2.36kg标油/t,每年增产丙烯825t,装置每年可创造经济效益730.8万元,同时装置的操作平稳率大幅提高。     

先进控制技术(APC)在汽油加氢装置的开发应用

以多变量模型预测控制为主要特征的先进控制技术(APC)是流程工业中一种获取更高经济效益的方法,目前广泛应用且具有代表性的先进控制技术有Aspen公司的多变量动态预估控制技术(DMCplus)和Honeywell公司的鲁棒多变量预估控制技术(Profit Controller)。汽油加氢装置所加工的汽油性质差别很大,给装置平稳控制和产品质量保证带来困难。某汽油加氢装置设计加工能力为90×10~4t/a,原料性质变化及加工量调整频繁,反应单元耦合性强,反应炉负荷高。采用Aspen DMCplus技术设计了一个先进控制器,即汽油加氢控制器,包括切割塔、切割炉及反应炉、反应汽提三个子控制器,分别控制汽油加氢装置切割单元、切割塔重沸炉及反应炉、反应及分馏单元。先进控制器投运后,在提高装置运行平稳性和安全性的同时,降低了产品辛烷值损失,保障了反应炉运行安全,降低了操作劳动强度,节能降耗,每年可以产生直接经济效益361.8万元。     

先进控制技术在催化裂化装置中的应用

洛阳石化1.4Mt/a催化裂化装置,原料为加氢蜡油中掺炼30%的减压渣油,由于渣油中硫、重金属和沥青质含量高,造成产品收率和产品质量波动,且设备腐蚀严重,对催化裂化装置平稳操作提出挑战。实施先进控制系统(APC)以后,装置关键被控变量的控制更为平稳,主要操作参数的标准偏差均降低20%以上,减轻了操作人员的工作强度。分馏单元平稳控制得到有效提高,反应-再生单元对分馏单元的冲击和影响平稳过渡,同时确保了稳定汽油和轻柴油的产品合格率。吸收-稳定单元控制优化更加合理,干气中C_3~+组分,液化气中C2-和C5+组分含量均得到有效控制,稳定汽油饱和蒸汽压合格率得到提高;解吸塔底再沸器热源优化,解吸塔底温度稳定性变好,减少1.0MPa蒸汽消耗1.2t/h。高价值产品汽油收率提高,轻油液收达到86.27%,提高2.43个百分点,装置综合能耗下降2.77kg标油/t。     

先进控制技术在常减压装置的应用

常减压装置是炼油企业的龙头装置,其平稳控制不仅有利于本装置的优化生产,而且为下游装置的平稳生产创造有利条件。在常减压装置实施先进控制技术,通过预测、解藕、多变量协调等先进控制技术,克服装置运行中的时滞、干扰和耦合,将装置控制得更平稳、更精细,达到提高装置处理量、提高产品收率、节能降耗的目的,可实现加热炉各进料支路的温度平衡、减少局部炉管过热现象的发生、提高炉管的使用寿命。通过软仪表技术可实现质量指标的实时计算,实现常压塔、减压塔侧线产品精准切割,减少质量浪费、提高产品的拔出率,提高经济效益。常减压装置APC项目实施后,常压炉、减压炉、常压塔、减压塔实现了自动协调控制,装置抗干扰能力增强,装置稳定性和主要被控参数的平稳性明显提高,常顶、常一线抽出温度等关键工艺参数实现了卡边控制,石脑油、航煤、柴油等产品质量控制精度均显著提高,降低了操作人员的劳动强度。     

先进控制技术在延迟焦化装置的应用

先进控制技术采用科学、先进的控制理论和控制方法,以工艺过程分析和数学模型计算为核心,以工厂控制网络和管理网络为信息载体,充分发挥DCS和常规控制系统的潜力,保障生产装置始终运转在最佳状态,通过多变量协调和约束控制降低装置能耗,卡边操作,以获取最大的经济利益。洛阳石化延迟焦化装置投用先进控制系统后,加热炉氧含量、负压、排烟温度以及其他关键操作参数控制更加平稳,热效率由92.43%提高到92.63%,有效降低了装置能耗;分馏塔侧线液体产物的切割更加清晰,提高了产品纯度;吸收稳定系统控制更加优化合理,干气中C_31及以上组分含量降低0.6%,提高了液化石油气(L.PG)的收率,实时优化液气比,节能效果明显。控制器性能较好,在有效提高生产过程控制精度的同时,基本实现了提高装置运行平稳率、降低操作劳动强度、提高目的产品收率和节能降耗的控制目标。     

应用TETA管理法,提升APC建设与应用成效

先进控制(APC)技术应用于炼化生产装置可提高操作平稳率、实现卡边操作、降低劳动强度、消除外部干扰、脱除装置瓶颈、提高装置运行水平。中国石化天津分公司已有4套炼化生产装置实现了先进过程控制,为全面提高企业生产装置竞争能力,在2号加氢裂化等7套装置上建设与应用APC技术,在项目建设与应用的过程中,摸索出一套TETA管理方法,即一个优秀团队(TEAM)、双引擎驱动(ENGINE)、三大层面的技术支撑(TECHNOLOGY)、四项工作目标(AIM)。TETA管理法创造了APC项目建设的最快纪录,7套装置从开工到投产仅用了16个月,每年可创造经济效益2377.5万元,并且提高了装置操作平稳率,关键被控变量标准偏差降低了21%~86.2%,控制器投用率达到98%~100%;实现了焦炭塔预热、换塔、大吹汽过程根据工况自动调整,从而减少了操作人员劳动强度。     

重油催化裂化装置吸收稳定系统适应性改造

锦西石化重油催化裂化装置原设计加工能力140×104t/a;2005年11月进行扩产改造,加工能力达到180×104t/a,反应部分采用北京石油化工科学研究院研发的MIP工艺技术;同时,为解决催化裂化汽油辛烷值偏低的问题,应用兰州石化公司研制的LDR-100催化剂.由于该催化剂的活性增强,随着富气量的增加,吸收稳定系统气液相发生变化,导致干气、液化气和稳定汽油产品质量不合格.为此,对催化裂化装置吸收稳定系统进行技术改造:在流程及操作条件与现场保持一致条件下,适当增加吸收塔、解析塔和稳定塔的塔径,来提高吸收稳定系统装置的处理量;同时新增一台同型号稳定塔底重沸器、新增三组同型号稳定塔顶湿式空冷器.技术改造后,装置运行平稳,总液体收率增加1.96个百分点,干气收率降低1.12个百分点,干气中C3及以上组分含量下降为0.80％,液化气中C5含量下降为0.84％,稳定汽油的饱和蒸汽压合格,提高了装置的经济效益.     

优化操作,提高延迟焦化装置的渣油转化能力

某炼油企业重油加工量逐年增高,延迟焦化装置加工规模一再扩大。保证延迟焦化装置在大处理量下的长周期平稳运行,提高渣油转化能力,最终提高轻质油品收率,成为全厂平衡重油加工能力和提高经济效益的关键。为此,提出3项优化延迟焦化装置操作的技术措施:①提高焦炭塔的反应温度,将焦炭塔底进料温度由483℃提高到488℃,以提高反应深度,减少注气量,延长介质在炉管内的停留时间,同时,在原料中加入富含芳烃的抑制生焦剂,以增强加热炉炉管对原料的适应能力,减缓辐射泵、辐射炉和分馏塔底的结焦速率;②降低反应压力,焦炭塔顶压力由0.22MPa下降到0.18MPa,虽然原料残炭含量上升2%,但产品液体收率则由67.14%上升到66.83%;③将装置循环比由0.30下降到0.25,产品加工量明显提升,每年多加工重油6.4×104t。同时,建议提高关键设备的可靠性,延长装置运行周期;采用适合焦化工艺特点的控制方案和设备,提高装置平稳运行率。     

先进控制技术(APC)在大型延迟焦化装置的应用

先进控制技术(APC)目前正在复杂化程度高的流程工业中普及应用。Aspen公司的DMCplus技术采用动态矩阵控制算法(DMC)作为核心算法,其基本特征包括预测模型、滚动优化、反馈校正,为典型的多变量模型预测控制算法。某炼化公司延迟焦化装置设计加工规模为420×104t/a,采用两炉四塔工艺路线,采用Aspen公司DMCplus先进控制技术设计了4个先进控制器:加热炉支路平衡控制器、加热炉炉效率控制器、主分馏塔控制器、吸收稳定控制器。先进控制器投运后,能自动过渡焦炭塔预热、切换等过程,并抵御这些过程中带来的干扰,保证24h不摘除,减轻劳动强度;平稳装置操作,大部分工艺参数点标准偏差降低20%以上,关键被控变量的标准偏差降低30%以上;提高加热炉炉效率,优化分馏塔温度分布,并提高高价值产品产率,优化了吸收稳定装置的流量和温度分布,节能降耗;提供相应软测量预测,软仪表计算值与化验值之间的偏差满足工艺要求。每年创造经济效益2600多万元。     

先进控制技术在延迟焦化装置上的应用

随着原油价格不断攀升,原油劣质化程度逐渐加重,原油质量大幅降低,炼化加工企业的成本越来越高,不得不以节能降耗为着力点,努力提高装置的生产效益,而采用先进过程控制技术就是一种有效手段。以多变量模型预测控制为主要特征的先进过程控制,在优化装置生产、提高装置运行水平、挖掘装置潜力方面正在发挥着重要作用。针对某石化公司延迟焦化装置的工艺流程及工艺特点,基于Honeywell Profit Controller多变量模型预测先进控制技术,分别对加热炉、分馏塔以及吸收稳定部分设计了4个先进控制器。延迟焦化装置实施先进控制技术后,降低了操作人员劳动强度,提高了装置的运行平稳率和加热炉热效率,优化了分馏塔温度分布和吸收稳定系统运行,提高了高价值产品产率。经初步测算,每年可获得经济效益514.7万元。     

流程模拟技术在湛江东兴柴油加氢装置上的应用

应用Aspen Plus软件,对湛江东兴石化150×104t/a柴油加氢改质装置进行流程模拟,得到了与装置实际操作接近的理想模型,通过模型分析,为装置优化操作、节能降耗、寻找生产瓶颈提供依据。在实际生产中,应用模型对各塔关键操作变量进行优化,在满足产品质量指标的前提下,优化汽提蒸汽量和稳定塔底温度,将硫化氢汽提塔汽提蒸汽量由2.3t/h降至1.8t/h,能够保证脱气效果;将产品分馏塔底汽提蒸汽由4.0t/h降至2.5t/h,柴油闪点温度和石脑油干点温度仍然合格,两项措施共计节约蒸汽2.0t/h,降低能耗(以每天加工原料4000t计算)0.912kg标油/t。将稳定塔底温度控制在175～180℃,吸收稳定系统运行平稳率得到改善,基本杜绝了稳定塔回流罐顶气体经常放火炬线现象,液化气收率由0.3%提高到0.44%。柴油加氢装置实施流程模拟优化操作后,全年实现创效825.1万元。     

流程模拟技术在丙烯腈装置上的应用

国内的丙烯腈装置大多采用丙烯氨氧化工艺,由于该工艺过程循环较多,组分之间的交互作用较强,凭经验难以确定各操作参数对丙烯腈回收率及产品质量的综合影响。应用Aspen Plus软件建立丙烯腈装置回收及精制单元流程模拟模型,包括急冷塔系统、吸收塔系统、回收塔系统、乙腈塔系统、脱氰塔系统和成品塔系统,模型计算值与实际值非常吻合。通过模型对装置运行状况进行分析,在平衡装置能耗和产品经济效益的基础上,判断装置是否处于优化状态下运行,寻找装置能耗和产品之间的操作平衡点,确定装置各系统最优化的操作参数。通过对中石化两套丙烯腈装置进行模拟与优化,方案实施后,每年共实现挖潜增效390.56万元,在降低装置能耗和提升装置经济效益的同时,也提高了丙烯腈装置的精细化操作水平和管理水平。     

济南炼化气体分馏装置流程模拟优化

中国石化济南分公司采用Aspen Plus流程模拟软件,建立两套气体分离装置模型。对其工艺流程进行了模拟,计算结果与装置现场实际参数十分吻合。在此基础上,分析各工艺参数在不同条件下对产品质量及能耗的影响。在保证产品质量达标前提下,根据现有生产条件,离线模拟最佳的操作参数。针对存在的问题,依据模拟结果对操作参数进行优化,达到了降低能耗、提高产品收率的目的。通过在环境温度较低情况下脱丙烷塔降压操作,降低装置能耗,优化脱丙烯塔进料位置,提高丙烯回收率,调整C4塔进料量,增产MTBE,优化脱乙烷塔,停运进料泵,实现装置挖潜增效319.25万元/a。该模型的应用表明,Aspen Plus软件能够根据生产条件的变化,及时分析装置运行状态,模拟最优参数,指导生产,实现装置效益的最大化。     

Ⅱ套RFCC装置进行FDFCC-Ⅲ技术改造后运行情况及分析

洛阳分公司于2008年对Ⅱ套重油催化裂化装置进行FDFCC-Ⅲ技术改造,原有反应再生系统流程不变,新增汽油提升管反应器及副分馏塔系统,改造后重油加工能力为1.4Mt/a,汽油改质加工能力为846kt/a。FDFCC-Ⅲ生产运行期间,混合原料油的密度、残炭、硫含量和重金属含量都低于改造前RFCC的值,性质得到大幅改善;操作参数中,反应温度、回炼比和主风用量大幅降低,剂油比由RFCC时的7.1大幅提高到9.8;产品分布中,总轻质液体收率提高了3.81个百分点,丙烯收率提高了4.16个百分点,但轻质油收率下降了6.44个百分点;粗汽油经改质后,汽油硫含量由0.335%降到0.143%,脱硫率达到57.3%,烯烃含量由37.86%降到12.92%,汽油RON、MON分别提高了4.1和3.8个单位;轻柴油的质量没有明显变化;氢转移反应的程度HTC值为1.16,热裂化反应的程度FTC值为2.94;催化剂单耗为0.7kg/t原料。通过优化原料性质,将再生方式由常规再生改为完全再生,并投用外取热器,灵活调整汽油提升管反应温度,控制汽油进料温度在100～120℃、催化剂混合器温度低于再生剂温度50～70℃、重油提升管反应温度在480～485℃,增加副分馏塔中段到气体脱硫装置溶剂再生塔底重沸器流程等措施,实现节能降耗。     

芳烃联合装置模拟与优化(Ⅳ)——芳烃吸附分离单元的模拟与优化

对二甲苯(PX)是石油化工生产中的重要基本原料,来源于混合二甲苯。高纯度对二甲苯的分离方法主要有深冷结晶法、络合分离法、吸附分离法、共晶、磺化等,工业上采用的大多为吸附分离法。中国石化共有10套生产对二甲苯的装置,均设有吸附分离单元,大部分采用UOP公司的PAREX工艺技术。通常,为保证产品质量,装置操作往往偏于保守,操作方法以及操作参数设置不甚合理,过分离现象普遍存在,导致装置能耗增加。模拟移动床吸附分离设备的操作尚存在解吸剂用量大、公用工程消耗高、对二甲苯收率低等问题。采用Aspen Chromatography和Aspen Plus流程模拟软件,对芳烃联合装置中芳烃吸附分离单元,主要包括吸附塔、抽余液塔、抽出液塔和产品塔进行模拟,通过模型对过程关键参数如回流比、塔底热负荷、塔顶采出量等进行综合分析,在各塔产品控制指标达标前提下,选择最优的操作参数,以降低装置能耗,提升装置经济效益。     

先进控制技术在气相法聚丙烯装置的实施

介绍了燕山石化200kt/a气相法聚丙烯装置采用AspenApollo和AspenIQ实施的先进控制项目,说明了该先进控制系统的软硬件配置、控制器设计、各控制变量、操作变量、软仪表的开发以及实施的效果。     

先进控制技术在芳烃装置上的应用

洛阳石化芳烃装置利用先进控制软件,并以人工经验为基础,采用定制开发的手段实现先进控制需求。整个先进控制系统按流程分为预分馏单元先进控制子系统、抽提单元先进控制子系统、歧化单元先进控制子系统、二甲苯单元先进控制子系统、吸附分离单元先进控制子系统、异构化单元先进控制子系统等6个相互独立的子系统,各子系统可以根据工艺条件和需要,用各自的切换开关单独投运或切除。经过近5个月的连续运行,实现了装置的平稳控制,各精馏塔关键工艺指标均比未投运前有了较大改善,平均波动幅度减小30%以上,三苯收率达到60.21%,比未投运期间提高了2.49%。同时,提高了芳烃装置各单元的综合自动化水平,系统投运率达到90%以上,降低劳动强度。先进控制技术投用后,产品综合能耗降低了1.75%,每年产生经济效益650.2万元。     

连续料位计在延迟焦化装置的工业应用

延迟焦化工艺被认为是进行渣油深加工的重要手段。近几年来,延迟焦化加工工艺不断进步,国内外延迟焦化装置数量及加工能力不断增加。为发挥设备利用率,最大限度提高装置加工量,充分利用焦炭塔的有效空间是最为经济、直接的手段,而最关键的问题就是准确监控焦炭塔的料位。从γ射线连续料位计的应用前景、系统构成、测量原理以及现场应用等方面,介绍天津石化2号延迟焦化装置γ射线连续料位计在监测焦炭塔料位高度方面的应用。现场应用方面,从安全挖掘焦炭塔潜能,提高处理量;适时注入消泡剂,降低三剂消耗量;有效监测泡沫层变化,提高焦炭塔操作的安全性;自动测量焦炭塔焦高,降低劳动强度四个方面,阐述了γ射线连续料位计的应用效果。应用实践表明,使用γ射线连续料位计,能够有效控制焦炭塔的安全空高,通过监测泡沫层的高度变化,能够合理利用焦炭塔的有效空间,提高焦炭塔的利用率,降低消泡剂的注入量,提高装置加工负荷。     

先进控制系统在常减压加热炉上的应用

2009年7月,洛阳石化公司对800×104t/a常减压蒸馏装置加热炉实施先进控制。该先进控制系统采用美国ASPEN公司的DMC plus软件,通过自动调节鼓风机变频、引风机变频,以及氧含量档板开度、烟气档板开度,来控制加热炉的氧含量和炉膛负压,尽可能降低加热炉的空气量,减少加热炉的热损失,提高热效率,实现以"节能降耗"为主线的控制策略。先进控制系统投用后,运行效果逐步提高,整体运行平稳。通过多变量协调预估控制,加热炉烟气氧含量波动明显减小,波动方差降低30%左右,烟气氧含量平均值之差达到0.7%,支路温度偏差控制在士2℃;加热炉热效率提高0.2个百分点,节能效果明显。但仍存在基础硬件设备可靠性差、DCS应用水平低等问题,制约着加热炉先进控制系统的投用效果,有待进一步改进和开发。