化y自動化及儀表，2006,3 3(2):57-60
檢測與控制裝置
Controla ndI nstrumentsi nC hemicalI ndustry
一種全新的精餾塔回流罐液位控制系統(tǒng)
薛美盛，祁 飛，張慶武，孫德敏，吳 剛
(中國科學技術大學自動化系.合肥230027)
摘 要 : 針對某廠丁烯-1精餾裝置運行中存在的問題，設計了一套全新的回流雄液位控制器結構。該方案
采用回流量作為控制量，實現(xiàn)對精餾塔回流雄液位的穩(wěn)定控制，同時使采出量隨回流量成比例變化，提高了精餾
塔LI流比的易調(diào)節(jié)性，通過DCS上組態(tài)與參數(shù)整定，實現(xiàn)了設計的拉制系統(tǒng)，取得了良好的控制效果，為后續(xù)的
優(yōu)化工作做好了準備。
關 鍵 詞 :粉餾塔;回流雄;回流比;組態(tài);參數(shù)整定
中圖 分 類 號二，T272 文獻標識碼:B 文章編號:1000-3932(2006)02-0057-04
1 引 言 左右，即回流罐進料量是采出量的45倍，回流量是
精 餾 操作 是煉油、石化生產(chǎn)中一個十分重要的 采出量的44倍。如果回流罐進料量隨著塔頂壓力
環(huán)節(jié)，精餾塔的控制直接影響到工廠的產(chǎn)品質量、產(chǎn) 的變化產(chǎn)生了5%的波動，為保持回流罐液位的穩(wěn)
量和能量的消耗[rn.z1。而作為精餾塔系統(tǒng)中一個重 定，采出量勢必也會變化，其變化幅度會達到
要的組成部分，回流罐的運行狀況直接影響著塔頂 225%，這意味著采出量會有很大的波動，且回流比
物料平衡團，進而影響整個精餾塔的運行狀況[r"s1 也會產(chǎn)生波動，無法保持在合適的水平上。而按照
因此，若回流罐系統(tǒng)的控制存在問題，則將會對整塔 工藝的要求，在進料量以及進料組分一定的情況下，
的運行造成不利的影響。本文針對某廠丁烯-1精餾 采出量與回流比都應盡可能保持穩(wěn)定，以保證產(chǎn)品
裝置回流罐在實際運行中暴露出的問題，提出了一 質量。這就直接導致了在考慮產(chǎn)品質量的前提下，
套全新的回流罐控制器結構，在DCS七組態(tài)實現(xiàn)， 用采出量作為控制手段對回流罐液位的控制能力有
收到了良好的實際應用效果。 限，無法實現(xiàn)對回流罐液位的有效控制。
2 裝里原有運行情況概述
羅弱
某 廠 丁 烯-1精餾裝置中的精餾塔回流罐結構如 、劃 裂62
圖I所示。若按照原有的系統(tǒng)設計方案，精餾塔回 理朋
端
流罐液位是由PID控制器通過調(diào)節(jié)采出量閥門來進 回硯
行控制。但是我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，按照系統(tǒng)原有設 50
時nr12l h16 20 24
計無法使回流罐液位實現(xiàn)自動控制，只能進行手動
控制。取回流罐液位在改變控制方案前24h 的運 圖2 精餾塔回流罐液位原有運行曲線
行數(shù)據(jù)做出曲線，如圖2所示。可見在手動控制下
回流罐液位有較大的波動。 3 回流罐液位控制方案
為實 現(xiàn) 回 流罐液位的穩(wěn)定控制以及便于塔頂回
流比的調(diào)節(jié)，我們提出如下的回流罐液位控制方案，
其結構如圖3所示。
回 流f 回流欲
322AF20 采出t 該 方 案將 回流罐液位的主要調(diào)節(jié)手段改為回流
321A F21
FV322A20 LV324A40 量，由PID控制器根據(jù)回流罐液位變化調(diào)節(jié)回流量
的設定值，實現(xiàn)對回流罐液位的控制161。此外為克
圖I丁烯-1糟餾塔回流罐結構示意圖
服由于回流罐進料量隨著塔頂壓力變化波動而造成
通 過前 期 的調(diào)研以及與技術人員的討論，我們 的擾動，在回流閥開度中加人回流罐進料閥門開度
發(fā)現(xiàn)導致回流罐液位不能按照原設計方案進行控制 的前饋。
的最主要原因是采出量相對回流罐的進料量和回流
量過小。在正常生產(chǎn)條件下，該精餾塔回流比為44 收摘日期二2006-02-22(修改稿)化 工 自 動 化 及 儀 表 第33卷
同時 我 們 提出了根據(jù)回流量的變化調(diào)節(jié)采出量 度降低時，控制系統(tǒng)也會做出相應動作，降低回流
的設定值的方案，使采出量隨回流量成比例變化，在 量，使塔底溫度升高。
有外界擾動的情況下仍能保持回流比基本不變，確 4控制器組態(tài)與參數(shù)整定
保裝置整體運行的平穩(wěn)性，也便于后期進行裝置節(jié) 4.1控制器組態(tài)
能優(yōu)化工作時回流比的調(diào)節(jié)，而這一點是其它控制 首 先我 們 在1''S-3000D CS操作站上對裝置的
方案無法實現(xiàn)的。按照此控制方案，回流比可實時 組態(tài)進行了修改，以實現(xiàn)事先設計的控制器結構[，]。
進行更改。在目前階段回流比是由現(xiàn)場操作人員根 組態(tài)回路圖如圖4所示。
據(jù)裝置當前運行情況給出，當丁烯裝置在線優(yōu)化項
目完成之后，可由優(yōu)化程序根據(jù)在線色譜儀的檢測
計算出優(yōu)化的回流比，在保證塔頂產(chǎn)品質量符合工
藝要求的前提下降低裝置蒸汽單耗，實現(xiàn)裝置優(yōu)化
節(jié)能運行狀態(tài)。
采
出
妞
圖4修改后的回流罐系統(tǒng)組態(tài)回路圖
注:322AN20P3是形如擊的低通濾波‘;C321ASW是使用
CL 語言編程實現(xiàn)的低選器;322AF20SW是選擇采出量設定值
由 人工給定或程序給出的切換選擇開關
圖3回流罐液位控制器結構圖
4.2控制器參數(shù)整定
由 于回 流 量與采出量共同對回流罐液位的調(diào)節(jié)
在 完成 控 制器組態(tài)工作后就可進行控制器參數(shù)
能力與單純依靠采出量的調(diào)節(jié)能力相比有明顯增
整定，其中最主要是PID控制器參數(shù)的整定。
大，在運行中可以保證回流罐液位的穩(wěn)定，并且采出
PID 控 制 器的具體參數(shù)與過程所處的工況有
量的波動與原控制方案比也會小的多。為進一步確
關。一旦工況發(fā)生變化，要保證系統(tǒng)仍然能有較好
保塔頂產(chǎn)品質量，在回流量與采出量的比例關系間
的性能，控制器的參數(shù)也應作相應調(diào)整。傳統(tǒng)的
加人低通濾波器，以減少由于回流量的高頻擾動給
PID參數(shù)人工整定方式費時費力，而且由于工況變
采出量帶來的不必要的波動。同時在控制系統(tǒng)中加
化而需要重新調(diào)整控制器參數(shù)時，由于生產(chǎn)過程的
人監(jiān)督級，對塔頂采出量進行限幅。由監(jiān)督級比較
連續(xù)性以及人工參數(shù)整定所需的時間較長，使得人
通過回流量和回流比計算出的采出量設定值與事先 工整定的困難較大。
給定采出量上限的大小，使塔頂采出始終不大于由
PID 自 動 整定是指通過計算機自動確定比例
系統(tǒng)負荷及進料成分所確定的最大采出量，防止由 帶、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)，使系統(tǒng)的某種控
于采出過多造成產(chǎn)品質量不合格。 制性能達到最優(yōu)的PID參數(shù)整定方法。在這里，我
按 照此 方 案，不僅可以穩(wěn)定控制回流罐液位，使 們采用基于模型的自整定方法來進行PID參數(shù)調(diào)
回流比穩(wěn)定，而且還在一定程度上對塔底溫度的穩(wěn)
節(jié)，具體先使用相關系數(shù)法來對系統(tǒng)模型進行辨
定有所裨益。當塔底溫度有變化時，回流量也會做
識[9]，在辨識出的模型的基礎上進行PID參數(shù)尋優(yōu)，
出相應變化，使塔底溫度穩(wěn)定。例如:當塔底溫度升
獲取最優(yōu)PID參數(shù)。
高時，會造成塔頂餾出物增加，即進人回流罐的物料 在 采用 相 關系數(shù)法辨識出系統(tǒng)的模型參數(shù)之
量增大;此時，回流罐液位控制系統(tǒng)就會做出相應動 后，就可以對PID參數(shù)進行尋優(yōu)。一般所謂的最優(yōu)