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摘要：针对常减压装置工艺特点和先进控制技术应用难点重新设计和实施先进控制系统。通过引入油品挥发度作为即时反映原油轻重的量化指标，并以此作为前馈信息来指导原油切换期间的质量控制，实现了原油切换过程的平稳过渡。
关键词：常减压装置；先进控制技术；具体应用
以预测控制为主要特征的先进控制，由于可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之更接近其优化目标值，从而将生产装置推向更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收获率、增加装置处理量、降低运行成本等目的，而在炼油企业中得到广泛的应用。
常减压装置是炼油企业的龙头装置。常减压装置因处理量较大，其绝对能耗比较高，在整个炼油企业的耗能中占15%～20%。可见对常减压装置实施先进控制以降低其能耗，提高其附加值产品收率意义十分重大。在当前原油价格多变的市场环境下，为降低成本，原油同时采购自各个地方，性质各不相同。常减压装置有时四五种原油混炼，原油频繁切换，且原油在原油罐中分层会造成轻重变化。这种加工原油性质的频繁变化给常减压装置平稳操作和先进控制的应用带来了巨大困难。
一，先进控制系统设计
为了解决原有先进控制方案无法适应加工原油性质频繁变化的问题，可以对常减压蒸馏装置先进控制系统进行了重新设计和实施。我们建议采用Aspen公司的DMCplus先进控制技术，通过建立装置的过程模型，并结合原油切换过程表征，研究开发了7个先进控制器，包括A区常压蒸馏控制器、B区常压蒸馏控制器、常压炉A支路平衡控制器、常压炉B支路平衡控制器、减压炉支路平衡控制器、加热炉燃烧控制器和减压塔控制器。
1，常压蒸馏控制器
常压蒸馏控制器的控制目标包括：稳定产品质量，实现质量卡边控制，并增加高附加值产品收率；实现原油罐切换过程平稳过渡；节能。
一方面，油品挥发度工艺计算。针对原油切换，先进控制系统主要面临以下难题：（1）油质变化频繁。目前大型常减压装置常常要处理数十多种原油，在线调和，进料变化繁复，对每次加工的原油实时进行油品分析也不现实。（2）切换动态。原油混合的均匀程度及在储罐中分层和管道中滞留，使得预知进塔原油的实时状况十分困难。（3）密度不可靠。直接用原油密度来甄别油的轻重亦不可行。（4）原油轻重度量。原油有轻重变化，需要用某一特征数代表，才能真正在先进控制系统中发挥作用。为开发能适应原油切换的控制系统，需要设计一即时反映原油轻重的量化指标，以此作为前馈信息来指导切换期间的质量控制。一定量的常底油加热到一定温度进入常压塔闪蒸段后，轻重油品对热负荷具有不同的影响：轻油会产生较多油气，从而导致整个塔的冷凝负荷上升，即顶回流负荷和顶循、中循负荷都将相应增加以冷凝更多的油气，否则，塔压和顶温将失控；反之，重油进塔后，上升油气减少，为维持一定的塔压和顶温，各个冷凝负荷包括顶回流、顶循、中循负荷将下降。这样，基于塔的热平衡的计算具有以下2个优点：首先是实时性，进塔的油品变化几乎与热负荷变化同时；其次是冷凝负荷大致与闪蒸油气量成比例。根据这一原理可以计算出一个代表实时油品轻重的参数，可将它称为油品挥发度，定义为单位温差、单位进料对应的总热负荷。挥发度越大，油品越轻；挥发度越小，油品越重。采用产品质量软测量方案，塔顶汽油干点由塔顶温经压力校正计算而得，侧线产品质量与侧线抽出温度以及油品挥发度密切关联。伴随油品切换过程，塔的压力会变化，根据塔顶汽油干点的预测，控制器将分别自动调整初馏塔和常压塔顶温设定值，保证汽油产品质量。同时，控制器会随着油品挥发度变化自动在适当的时候对各个侧线抽出量作出适当調整，以完成原油切换过程的平稳过渡。另一方面，能量回收环节节能常减压装置的剩余热量，主要是蒸馏塔塔顶回流和各中段回流取出的，热流的温位沿塔径方向从上而下依次升高。因而为提高原油的最终换热温度，应合理分配取热，增加高温位热源热量供给，进行常压塔的优化控制是重要的措施之一。通常，热流温位沿常压塔的塔径方向自上而下依次升高，因而在保证常压塔汽液相分布均匀和产品质量合格的前提下，应尽量提高二中和一中循环量，尽量降低冷回流量，最大限度地使高温位热源多换热，可提高热量利用率。在具体实施过程，合理设置先进控制器的优化参数可实现该功能。
2，加热炉支路平衡和燃烧控制器
在热量的传输和转换环节，能量的利用率为86.9%。在直接损失的能量中，加热炉的排烟热损失占总供入能量的8.45%。为此，设计加热炉燃烧控制器，用于平稳加热炉出口温度，提高热效率，降低排烟热损失。除此以外，为减少原油各支路进加热炉最终混合后的热损失，提高加热炉加热原油的效率，针对原油加热流程设计加热炉支路平衡控制器。加热炉支路平衡和燃烧控制器包括4个先进控制器：常压炉A支路平衡控制器、常压炉B支路平衡控制器、减压炉支路平衡控制器和加热炉燃烧控制器，控制目标为平稳加热炉出口温度、炉膛负压和烟气氧含量，实现加热炉各支路进料流量和出口温度均衡，提高加热炉的效率，在能量传输和转换环节节能降耗。
二，先进控制系统控制效果
1，原油切换过程过渡平稳。常压蒸馏控制器设计了油品挥发度工艺计算，实时表征炼制原油轻重。在装置原油切换过程中，常压蒸馏控制器会自动调节常压塔一中流量、二中流量、顶循流量和各侧线抽出温度，以保证原油切换过程中常压塔工艺参数平稳，产品质量合格。
2，产品质量软测量。在油品挥发度工艺计算基础上，利用装置的温度、压力、流量和软测量建模技术，开发了A/B区初顶油干点、A/B区常顶油干点、A/B区常一线干点、A/B区常一线闪点、A/B区常三线95%等产品质量软测量。各产品质量软测量变量（CV）用于先进控制器严格控制，各项质量指标控制良好。
3，先进控制器控制效果。先进控制器投用后，装置操作更加平稳，各项控制指标达到标准方差减少20%～30%的目标。同时，由于控制精度的提高，实现了对主要生产指标和质量指标的卡边控制，提高了目的产品收率，节省了能源，达到了增加装置效益的目的。
结语
研究结果显示，经重新设计和实施，先进控制系统有较强的适应性、稳定性和较高的投用率。先进控制技术的应用使装置运行更加平稳，在降低能耗的同时提高了目标产品的收率和收益，取得了良好的应用效果。
参考文献
[1杨周，先进控制技术在常减压装置中的应该用【J】，当代化工研究，2019，01
（作者单位：中国石油化工股份有限公司济南分公司）
关键词：常减压装置；先进控制技术；具体应用
以预测控制为主要特征的先进控制，由于可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之更接近其优化目标值，从而将生产装置推向更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收获率、增加装置处理量、降低运行成本等目的，而在炼油企业中得到广泛的应用。
常减压装置是炼油企业的龙头装置。常减压装置因处理量较大，其绝对能耗比较高，在整个炼油企业的耗能中占15%～20%。可见对常减压装置实施先进控制以降低其能耗，提高其附加值产品收率意义十分重大。在当前原油价格多变的市场环境下，为降低成本，原油同时采购自各个地方，性质各不相同。常减压装置有时四五种原油混炼，原油频繁切换，且原油在原油罐中分层会造成轻重变化。这种加工原油性质的频繁变化给常减压装置平稳操作和先进控制的应用带来了巨大困难。
一，先进控制系统设计
为了解决原有先进控制方案无法适应加工原油性质频繁变化的问题，可以对常减压蒸馏装置先进控制系统进行了重新设计和实施。我们建议采用Aspen公司的DMCplus先进控制技术，通过建立装置的过程模型，并结合原油切换过程表征，研究开发了7个先进控制器，包括A区常压蒸馏控制器、B区常压蒸馏控制器、常压炉A支路平衡控制器、常压炉B支路平衡控制器、减压炉支路平衡控制器、加热炉燃烧控制器和减压塔控制器。
1，常压蒸馏控制器
常压蒸馏控制器的控制目标包括：稳定产品质量，实现质量卡边控制，并增加高附加值产品收率；实现原油罐切换过程平稳过渡；节能。
一方面，油品挥发度工艺计算。针对原油切换，先进控制系统主要面临以下难题：（1）油质变化频繁。目前大型常减压装置常常要处理数十多种原油，在线调和，进料变化繁复，对每次加工的原油实时进行油品分析也不现实。（2）切换动态。原油混合的均匀程度及在储罐中分层和管道中滞留，使得预知进塔原油的实时状况十分困难。（3）密度不可靠。直接用原油密度来甄别油的轻重亦不可行。（4）原油轻重度量。原油有轻重变化，需要用某一特征数代表，才能真正在先进控制系统中发挥作用。为开发能适应原油切换的控制系统，需要设计一即时反映原油轻重的量化指标，以此作为前馈信息来指导切换期间的质量控制。一定量的常底油加热到一定温度进入常压塔闪蒸段后，轻重油品对热负荷具有不同的影响：轻油会产生较多油气，从而导致整个塔的冷凝负荷上升，即顶回流负荷和顶循、中循负荷都将相应增加以冷凝更多的油气，否则，塔压和顶温将失控；反之，重油进塔后，上升油气减少，为维持一定的塔压和顶温，各个冷凝负荷包括顶回流、顶循、中循负荷将下降。这样，基于塔的热平衡的计算具有以下2个优点：首先是实时性，进塔的油品变化几乎与热负荷变化同时；其次是冷凝负荷大致与闪蒸油气量成比例。根据这一原理可以计算出一个代表实时油品轻重的参数，可将它称为油品挥发度，定义为单位温差、单位进料对应的总热负荷。挥发度越大，油品越轻；挥发度越小，油品越重。采用产品质量软测量方案，塔顶汽油干点由塔顶温经压力校正计算而得，侧线产品质量与侧线抽出温度以及油品挥发度密切关联。伴随油品切换过程，塔的压力会变化，根据塔顶汽油干点的预测，控制器将分别自动调整初馏塔和常压塔顶温设定值，保证汽油产品质量。同时，控制器会随着油品挥发度变化自动在适当的时候对各个侧线抽出量作出适当調整，以完成原油切换过程的平稳过渡。另一方面，能量回收环节节能常减压装置的剩余热量，主要是蒸馏塔塔顶回流和各中段回流取出的，热流的温位沿塔径方向从上而下依次升高。因而为提高原油的最终换热温度，应合理分配取热，增加高温位热源热量供给，进行常压塔的优化控制是重要的措施之一。通常，热流温位沿常压塔的塔径方向自上而下依次升高，因而在保证常压塔汽液相分布均匀和产品质量合格的前提下，应尽量提高二中和一中循环量，尽量降低冷回流量，最大限度地使高温位热源多换热，可提高热量利用率。在具体实施过程，合理设置先进控制器的优化参数可实现该功能。
2，加热炉支路平衡和燃烧控制器
在热量的传输和转换环节，能量的利用率为86.9%。在直接损失的能量中，加热炉的排烟热损失占总供入能量的8.45%。为此，设计加热炉燃烧控制器，用于平稳加热炉出口温度，提高热效率，降低排烟热损失。除此以外，为减少原油各支路进加热炉最终混合后的热损失，提高加热炉加热原油的效率，针对原油加热流程设计加热炉支路平衡控制器。加热炉支路平衡和燃烧控制器包括4个先进控制器：常压炉A支路平衡控制器、常压炉B支路平衡控制器、减压炉支路平衡控制器和加热炉燃烧控制器，控制目标为平稳加热炉出口温度、炉膛负压和烟气氧含量，实现加热炉各支路进料流量和出口温度均衡，提高加热炉的效率，在能量传输和转换环节节能降耗。
二，先进控制系统控制效果
1，原油切换过程过渡平稳。常压蒸馏控制器设计了油品挥发度工艺计算，实时表征炼制原油轻重。在装置原油切换过程中，常压蒸馏控制器会自动调节常压塔一中流量、二中流量、顶循流量和各侧线抽出温度，以保证原油切换过程中常压塔工艺参数平稳，产品质量合格。
2，产品质量软测量。在油品挥发度工艺计算基础上，利用装置的温度、压力、流量和软测量建模技术，开发了A/B区初顶油干点、A/B区常顶油干点、A/B区常一线干点、A/B区常一线闪点、A/B区常三线95%等产品质量软测量。各产品质量软测量变量（CV）用于先进控制器严格控制，各项质量指标控制良好。
3，先进控制器控制效果。先进控制器投用后，装置操作更加平稳，各项控制指标达到标准方差减少20%～30%的目标。同时，由于控制精度的提高，实现了对主要生产指标和质量指标的卡边控制，提高了目的产品收率，节省了能源，达到了增加装置效益的目的。
结语
研究结果显示，经重新设计和实施，先进控制系统有较强的适应性、稳定性和较高的投用率。先进控制技术的应用使装置运行更加平稳，在降低能耗的同时提高了目标产品的收率和收益，取得了良好的应用效果。
参考文献
[1杨周，先进控制技术在常减压装置中的应该用【J】，当代化工研究，2019，01
（作者单位：中国石油化工股份有限公司济南分公司）