DCS控制系统在粗苯蒸馏工艺中的应用

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2.5～3.5，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。2DCS系统及配置情况2.1DCS系统概况选用ABBIndustrialITFreelance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/OABBS800，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。ABBS800远程I/O采用ProfiBusDP通信标准与AC800F控制器进行通信；现场智能仪表采用ProfiBusPA通信标准与AC800F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。2.2DCS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，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3.1DCS控制方案的设计粗苯蒸馏生产的变量较多，一直是自动控制的难点。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ABBIndustrialITFreelance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3.2DCS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2.5～3.5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脱苯塔顶温度℃92±2.092±0.5管式炉出口富油温度℃185±5185±1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％91.1～93.294.3～95.0脱苯塔后贫油含苯％0.480.26洗油消耗kg/t粗苯80～10060～654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75～80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回收技术的设备选型部门：焦化化产车间职位：中控工作者：王敏评审职称：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部门：焦化化产车间职位：中控工作者：王爱平评审职称：助理工程师江苏沙钢集团有限公司二00九年十一月