先进控制技术在S,Zorb装置上的应用

公司的S Zorb装置上应用了先进控制技术，并结合闭锁料斗完善系统提升装置整体控制水平，挖掘装置潜力。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，节能降耗，降低辛烷值损失。实施结果表明先进控制技术在该类型装置上的应用，能取得显著的经济效果。

关键词： S Zorb;先进控制;模型预测控制;Profit Controller

1 引言

S Zorb技术是目前一种先进的汽油脱硫工艺，随着国家对环保的重视，在国内得到越来越多的推广应用。装置集合了加氢、催化、重整工艺技术，具有强耦合、大滞后等特性，以PID单回路控制和基于人工经验为主的常规DCS集散控制系统无法达到理想的控制效果。因此，在S Zorb装置上实施先进控制技术，实现其长期平稳、优化操作，对进一步提高企业经济效益具有重要的现实意义。本文以某石化公司的S Zorb装置为工业应用背景，采用Honeywell公司的Profit Controller先进控制技术，通过建立先进控制器，结合闭锁料斗完善系统来提升装置整体控制水平，挖掘装置潜力，并获得了成功的工业应用。

2 先进控制策略

2.1 SZorb控制器策略

根据SZorb装置的工艺特点，为装置设计开发了1个SZorb先进控制器。其控制策略如下：

• 氢油比不但影响脱硫效果，也是影响辛烷值损失的重要参数，合适的氢油比是装置优化的重要方向，当加工负荷变化时实时调节优化循环氢流量实现氢油比卡边操作，在保证精制汽油硫含量合格的基础上降低辛烷值损失，同时用循环氢流量作为约束变量;
• 加热炉出口温度是保证脱硫反应正常进行的重要参数，因此克服瓦斯压力、进料量、进料温度波动等干扰因素，实时调节加热炉瓦斯压控阀，将加热炉出口温度控制在合适的范围内，见小波动，同时以加热炉瓦斯压力作为约束变量，保证装置安全;
• 加热炉炉膛负压是加热炉安全运行的重要参数，因此需要实时调节引风机变频，将加热炉炉膛负压控制在合适的范围内，保证加热炉安全运行;鼓风机变频调节对加热炉炉膛负压影响较大，将鼓风机变频作为前馈，实现引风机变频与鼓风机变频的同步调节，降低炉膛负压波动;
• 加热炉氧含量是影响加热炉热效率的主要参数，因此需要控制在合适的范围内，以瓦斯压力作为前馈，根据加热炉氧含量变化实时调节鼓风机变频，实现加热炉氧含量的平稳控制;
• 再生风量决定了系统硫含量的物料平衡，通过优化调节再生风量，将再生吸附剂硫残留量控制在合适范围内，实现精制汽油硫含量稳定控制;
• 稳定塔底温度是保证稳定汽油饱和蒸气压合格的重要参数，因此通过调节稳定塔再沸器蒸汽量，克服进料温度、进料量、蒸汽压力波动等干扰因素，实现稳定塔底温度的平稳控制，同时通过调节稳定塔回流量实现回流罐液位均匀控制，保证稳定塔的物料平衡。

2.2闭锁料斗完善系统

建立了S Zorb装置反再部分和闭锁料斗部分的在线模型，其计算值可以为操作员提供参考，避免由在线分析仪的滞后性给生产带来的影响，提高装置的平稳率。而且，反再模型的待生剂载硫量和再生剂载硫量计算数据可以运用到先进控制系统中，用来指导调节再生风，实现精制汽油硫含量稳定控制。

基于工艺机理的反应再生动态模型与软仪表计算如下：

辛烷值损失：对反应器温升，采用回归方法，得到辛烷值损失计算值;

待生剂载硫量：根据硫含量在反应部分的物料平衡，建立了待生剂载硫量的计算模型;

反应部分藏量：通过压差和料位，计算出反应部分各个容器的藏量，并结合反应部分实际藏量值和再生/待生循环量的差值，计算出反应部分的藏量，同时采用偏差校正，以得到更准确的藏量值;

再生剂载硫量：根据硫含量在再生部分的物料平衡，建立了再生剂载硫量的计算模型;

再生部分藏量：通过压差和料位，计算出再生部分各个容器的藏量，并结合再生部分实际藏量值和再生/待生循环量的差值，计算出再生部分的藏量，同时采用偏差校正，以得到更准确的藏量值。

3 先进控制效果

3.1 S Zorb控制器控制效果

S Zorb装置先进控制系统投入运行后结果表明：先进控制系统能够根据设定的工艺参数目标实时自动调节相关参数，大幅度提高了装置自动化水平，降低了操作人员的劳动强度，提高了系统的抗干扰能力，使装置的各工艺参数趋向平稳，波动范围减小，为装置进一步优化操作提供了有利条件。

下面对先进控制系统投用前后主要工艺参数的变化情况进行对比。

（1）加热炉出口温度

3.2閉锁料斗完善在线模型运行效果

反再模型投入运行后，将其的待生剂载硫量和再生剂载硫量计算数据与化验值进行对比分析，模型计算值基本与化验值接近，故模型的实时计算值，可以帮助操作员了解待生剂和再生剂的载硫情况，以指导其他相关操作。

4经济效益分析

先进控制投运后，精制汽油辛烷值损失较投运前降低了0.05个单位。辛烷值损失每降低1个单位，每吨汽油出厂价格约增加100元，按照S Zorb装置设计原料加工量为120万吨，实际处理能力60%，控制器投运率95%计算，则投用先控后可以获得经济效益为：120×60%×0.05×100×95%=342万元。

5 结束语

先进控制系在S Zorb装置应用制取得了显著的成效，有效地克服了干扰和滞后影响，大大提高了装置的自动化水平，降低了操作人员的劳动强度，并增强了装置各项运行指标的平稳性，在此基础上实现了工艺指标的“卡边”优化，保证产品质量的同时降低了辛烷值损失，具有良好的经济效益。

参考文献：

[1]王树青. 先进控制技术及应用. 北京：化学工业出版社，2001

[2]Qin S J，Badgwell T.A survey of industrial model predictive control technology.Control Eng.Pract.，2003

[3]Rawlings J B.Tutorial overview of model predictive control.IEEE Control Syst.，2000

作者简介：

李韬（1973-），男，硕士，高级工程师，从事炼油工艺技术管理方面工作。

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