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摘 要： 介绍了先进控制技术在乙烯和丙烯精馏系统的应用情况。先进控制系统的投用，实现了乙烯、丙烯产品的卡边控制和塔釜物料组成有效控制，减少了乙烯、丙烯损失，提高了产品回收率、降低了装置能耗。
关键词： 先进控制；乙烯精馏塔；丙烯精馏塔
【中图分类号】 TP273 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0151-01
前言
由于乙烯装置生产过程的复杂性，仅使用人工智能和自动控制方法和技术并不能完美地优化装置的操作。乙烯精馏塔和丙烯精馏塔是乙烯装置中的重要操作装置，是聚合物级乙烯和聚合物级丙烯的成品塔。在工厂的乙烯装置将其生产规模增加到200kt / a乙烯之后，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的操作仍然是稳定的。然而，一些工艺指标未能达到设计标准，顶级产品的质量“过剩”，能耗也很大。为了充分发挥乙烯装置中乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的系统潜力，进一步优化塔系统的生产操作和潜在的出料效率。开始对乙烯精馏塔和丙烯精馏塔进行先进控制。
1 生产工艺简介
1.1 乙烯精馏系统。
乙烯精馏系统是乙烯生产装置的关键单元。分离的产物也是聚合物级乙烯，纯度必须大于99.95%。塔的直径为2，700毫米，塔高为76.65米，塔内有136块塔盘。来自乙烯干燥器的碳二馏分（主要由乙烯和乙烷组成，含有少量甲烷，氢和丙烯）进入乙烯精馏塔。使乙烯精馏塔的顶部料流通过乙烯精馏塔的平行冷凝器，并在-41.3℃下使用丙烯作为制冷剂。冷凝后，物料进入乙烯精馏塔的回流罐，将冷凝的乙烯与未冷凝的气体分离，并将乙烯冷凝回流。返回到乙烯精馏塔的顶部，未冷凝的气体，返回到裂解气压缩机三段后冷却器。将乙烯产品从乙烯精馏塔的侧线取出并送至罐区乙烯球罐贮存。两乙烯精馏塔两台再沸器用丙烯制冷压缩机四段入口的丙烯气作为热源。从乙烯精馏塔底流出的物质，主要成分是乙烷，通过循环的乙烷蒸发器回收，并作为裂解原料送到裂解炉中。
1.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统包括提馏塔和精馏塔两个塔。由于该系统分离的关键组分丙烯和丙烷沸点较接近，分离的塔顶产物是聚合级丙烯，纯度必须大于99.50%。将来自脱丙烷塔顶部的碳三馏分通过碳三氢化反应器以除去丙炔和丙二烯，然后进入丙烯精馏塔。在精馏分离后，塔顶第十板采出聚合级丙烯产品。提馏塔塔釜出料丙烷经汽化，然后进入裂解炉进行裂解。汽提塔有88块塔板，塔直径为3000毫米； 精馏塔（112块塔板，塔直径2800mm，设计压力2.072kg / cm2。
2 先进控制实施方案
2.1乙烯精馏系统
2.1.1 塔顶乙烷浓度控制方案。
乙烯产品中乙烯的高纯度难以直接控制，要选择控制乙烯产品中乙烷的浓度。由于产品组分色谱仪的分析仪表滞后较大，难以用于实时控制，因此根据流程模拟结果和现场数据信息，构建乙烷浓度神经网络软测量系统，实时预测乙烷浓度。根据塔的过程模拟，塔的运行特性和主要影响因素的相关分析，通过选择乙烯采出量，塔顶回流量，塔顶温度和塔顶压力，进料流量和回流比作为关键变量来预测塔顶部的乙烷浓度。同时，使用分析仪输出和化验室分析值实时校正软化预测结果。根据乙烷浓度软测量在线校准的输出值，动态调节塔的回流比，实现乙烷浓度的实时稳定控制，从而达到乙烯产品纯度的稳定性。
2.1.2塔釜乙烯浓度控制方案。
根据工业设备的现场操作变量分析和乙烯精馏塔工艺数学模型的模拟计算，利用神经网络技术建立了塔釜乙烯浓度软测量模型。根据塔的流程模拟和特性分析，选择灵感板温度，、塔釜压力、塔釜温度、塔进料量、塔釜采出量等变量作为关键影响变量。预测塔釜乙烯浓度；此外，化验室分析值用于校正塔釜乙烯浓度。
通过动态调节影响乙烯浓度的操作变量灵感板温度设定值来实现乙烯浓度的跟踪控制。
2.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统包括提馏塔和精馏塔两部分，产品由精馏塔侧线采出，循环丙烷由提馏塔塔釜采出。
2.2.1 精馏塔塔顶丙烷浓度控制方案。
该程序主要采用神经网络软测量技术，根据塔的流量模拟结果和现场数据信息，控制丙烯产品的采出量和回流量。在线估算侧线采出产品中的丙烷含量，克服产品在线分析仪表滞后的影响；基于塔的流程模拟和主要影响因素的相关分析，选择丙烯采出量、塔顶回流量，塔顶温度，塔顶压力和回流比作为预测采出产品中丙烷浓度的关鍵变量。
2.2.2提馏塔塔釜丙烯浓度控制方案。
提馏塔塔釜先进控制系统主要通过控制灵敏板温度和塔釜液位实现塔釜丙烯浓度的稳定控制。根据工业装置现场操作变量分析以及丙烯精馏系统的工艺机理数学模型的模拟计算，利用神经网络技术，建立塔釜丙烯浓度软测量模型，克服塔釜在线分析仪存在的滞后和跳动现象。根据对塔的流程模拟和特性分析，选择灵敏板温度、塔釜压力、塔釜温度、塔进料量、塔釜采出量等变量作为关键影响变量，预测塔釜丙烯浓度； 另外采用分析仪输出和化验室分析值对塔釜丙烯软测量输出进行实时校正。
3 先进控制系统应用效果
3.1 乙烯精馏系统。
应用先进控制系统后，乙烯精馏系统的运行状态进一步稳定，乙烯精馏塔塔顶乙烯产品实现了卡边控制。与实施先控前相比，产品中乙烷的浓度由258.5×10-6增加到345.1×10-6，产品乙烯纯度由原来的9.96% 降至99.95%，产品产量增加； 同时，乙烯精馏塔塔釜乙烯浓度由原来的0.077%下降至0.042%，乙烯损失降低。
采用先进控制系统后，在相同的进料组成和进料温度条件下，乙烯塔顶回流量由116 t/h 下降至112.5 t/h，塔釜的平均加热流量由原来的63.9 t/h下降至61.0 t/h，平均减少2.9 t/h，可节省约合1.08 GJ/h的加热量，相应塔顶冷却负荷和丙烯制冷压缩机也减少同等负荷。
3.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统实施先进控制后，系统运行情况良好，操作工况稳定，实现了卡边控制。在正常运行工况下，提馏塔塔釜丙烯损失明显降低，其平均值由8.1%降低为4.3%，平均降低了3.8%； 精馏塔塔顶丙烯产品浓度由原来的99.58% 降低为99.51%，平均降低了0.07%。
精馏塔塔顶的回流量由原来的162.7 t/h降至为 152.3 t/h，降低了6.39%，节能效果明显。
4 结语
从乙烯和丙烯精馏系统的先进控制系统投入使用情况看，显著提高了精馏系统的运行稳定性，减少塔顶产质量过高和塔釜物料中乙烯或丙烯浓度高造成的损失。增加了产量。由于乙烯精馏塔的冷凝和再沸量减少，丙烯制冷压缩机的负荷有效降低，经济效益良好。同时，先进的控制系统操作简单明了，系统使用和切除过程简单，操作人员可以快速掌握操作过程，减少操作人员的工作强度。
参考文献
[1] 于华，唐迪平.乙烯精馏塔的先进控制.乙烯工业， 2010.
[2] 李海青，黄志尧.软测量技术原理及应用.北京： 化学工业出版社， 2000.
[3] 俞金寿，刘爱伦，张克进.软测量技术及其在石油化工中的应用.北京：化学工业出版社，2000 ：
作者简介：闫佳宁，男，1989年1月1日，在大庆石化公司化工一厂从事操作工作，化工工程与工艺专业。
关键词： 先进控制；乙烯精馏塔；丙烯精馏塔
【中图分类号】 TP273 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0151-01
前言
由于乙烯装置生产过程的复杂性，仅使用人工智能和自动控制方法和技术并不能完美地优化装置的操作。乙烯精馏塔和丙烯精馏塔是乙烯装置中的重要操作装置，是聚合物级乙烯和聚合物级丙烯的成品塔。在工厂的乙烯装置将其生产规模增加到200kt / a乙烯之后，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的操作仍然是稳定的。然而，一些工艺指标未能达到设计标准，顶级产品的质量“过剩”，能耗也很大。为了充分发挥乙烯装置中乙烯精馏塔和丙烯精馏塔的系统潜力，进一步优化塔系统的生产操作和潜在的出料效率。开始对乙烯精馏塔和丙烯精馏塔进行先进控制。
1 生产工艺简介
1.1 乙烯精馏系统。
乙烯精馏系统是乙烯生产装置的关键单元。分离的产物也是聚合物级乙烯，纯度必须大于99.95%。塔的直径为2，700毫米，塔高为76.65米，塔内有136块塔盘。来自乙烯干燥器的碳二馏分（主要由乙烯和乙烷组成，含有少量甲烷，氢和丙烯）进入乙烯精馏塔。使乙烯精馏塔的顶部料流通过乙烯精馏塔的平行冷凝器，并在-41.3℃下使用丙烯作为制冷剂。冷凝后，物料进入乙烯精馏塔的回流罐，将冷凝的乙烯与未冷凝的气体分离，并将乙烯冷凝回流。返回到乙烯精馏塔的顶部，未冷凝的气体，返回到裂解气压缩机三段后冷却器。将乙烯产品从乙烯精馏塔的侧线取出并送至罐区乙烯球罐贮存。两乙烯精馏塔两台再沸器用丙烯制冷压缩机四段入口的丙烯气作为热源。从乙烯精馏塔底流出的物质，主要成分是乙烷，通过循环的乙烷蒸发器回收，并作为裂解原料送到裂解炉中。
1.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统包括提馏塔和精馏塔两个塔。由于该系统分离的关键组分丙烯和丙烷沸点较接近，分离的塔顶产物是聚合级丙烯，纯度必须大于99.50%。将来自脱丙烷塔顶部的碳三馏分通过碳三氢化反应器以除去丙炔和丙二烯，然后进入丙烯精馏塔。在精馏分离后，塔顶第十板采出聚合级丙烯产品。提馏塔塔釜出料丙烷经汽化，然后进入裂解炉进行裂解。汽提塔有88块塔板，塔直径为3000毫米； 精馏塔（112块塔板，塔直径2800mm，设计压力2.072kg / cm2。
2 先进控制实施方案
2.1乙烯精馏系统
2.1.1 塔顶乙烷浓度控制方案。
乙烯产品中乙烯的高纯度难以直接控制，要选择控制乙烯产品中乙烷的浓度。由于产品组分色谱仪的分析仪表滞后较大，难以用于实时控制，因此根据流程模拟结果和现场数据信息，构建乙烷浓度神经网络软测量系统，实时预测乙烷浓度。根据塔的过程模拟，塔的运行特性和主要影响因素的相关分析，通过选择乙烯采出量，塔顶回流量，塔顶温度和塔顶压力，进料流量和回流比作为关键变量来预测塔顶部的乙烷浓度。同时，使用分析仪输出和化验室分析值实时校正软化预测结果。根据乙烷浓度软测量在线校准的输出值，动态调节塔的回流比，实现乙烷浓度的实时稳定控制，从而达到乙烯产品纯度的稳定性。
2.1.2塔釜乙烯浓度控制方案。
根据工业设备的现场操作变量分析和乙烯精馏塔工艺数学模型的模拟计算，利用神经网络技术建立了塔釜乙烯浓度软测量模型。根据塔的流程模拟和特性分析，选择灵感板温度，、塔釜压力、塔釜温度、塔进料量、塔釜采出量等变量作为关键影响变量。预测塔釜乙烯浓度；此外，化验室分析值用于校正塔釜乙烯浓度。
通过动态调节影响乙烯浓度的操作变量灵感板温度设定值来实现乙烯浓度的跟踪控制。
2.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统包括提馏塔和精馏塔两部分，产品由精馏塔侧线采出，循环丙烷由提馏塔塔釜采出。
2.2.1 精馏塔塔顶丙烷浓度控制方案。
该程序主要采用神经网络软测量技术，根据塔的流量模拟结果和现场数据信息，控制丙烯产品的采出量和回流量。在线估算侧线采出产品中的丙烷含量，克服产品在线分析仪表滞后的影响；基于塔的流程模拟和主要影响因素的相关分析，选择丙烯采出量、塔顶回流量，塔顶温度，塔顶压力和回流比作为预测采出产品中丙烷浓度的关鍵变量。
2.2.2提馏塔塔釜丙烯浓度控制方案。
提馏塔塔釜先进控制系统主要通过控制灵敏板温度和塔釜液位实现塔釜丙烯浓度的稳定控制。根据工业装置现场操作变量分析以及丙烯精馏系统的工艺机理数学模型的模拟计算，利用神经网络技术，建立塔釜丙烯浓度软测量模型，克服塔釜在线分析仪存在的滞后和跳动现象。根据对塔的流程模拟和特性分析，选择灵敏板温度、塔釜压力、塔釜温度、塔进料量、塔釜采出量等变量作为关键影响变量，预测塔釜丙烯浓度； 另外采用分析仪输出和化验室分析值对塔釜丙烯软测量输出进行实时校正。
3 先进控制系统应用效果
3.1 乙烯精馏系统。
应用先进控制系统后，乙烯精馏系统的运行状态进一步稳定，乙烯精馏塔塔顶乙烯产品实现了卡边控制。与实施先控前相比，产品中乙烷的浓度由258.5×10-6增加到345.1×10-6，产品乙烯纯度由原来的9.96% 降至99.95%，产品产量增加； 同时，乙烯精馏塔塔釜乙烯浓度由原来的0.077%下降至0.042%，乙烯损失降低。
采用先进控制系统后，在相同的进料组成和进料温度条件下，乙烯塔顶回流量由116 t/h 下降至112.5 t/h，塔釜的平均加热流量由原来的63.9 t/h下降至61.0 t/h，平均减少2.9 t/h，可节省约合1.08 GJ/h的加热量，相应塔顶冷却负荷和丙烯制冷压缩机也减少同等负荷。
3.2 丙烯精馏系统。
丙烯精馏系统实施先进控制后，系统运行情况良好，操作工况稳定，实现了卡边控制。在正常运行工况下，提馏塔塔釜丙烯损失明显降低，其平均值由8.1%降低为4.3%，平均降低了3.8%； 精馏塔塔顶丙烯产品浓度由原来的99.58% 降低为99.51%，平均降低了0.07%。
精馏塔塔顶的回流量由原来的162.7 t/h降至为 152.3 t/h，降低了6.39%，节能效果明显。
4 结语
从乙烯和丙烯精馏系统的先进控制系统投入使用情况看，显著提高了精馏系统的运行稳定性，减少塔顶产质量过高和塔釜物料中乙烯或丙烯浓度高造成的损失。增加了产量。由于乙烯精馏塔的冷凝和再沸量减少，丙烯制冷压缩机的负荷有效降低，经济效益良好。同时，先进的控制系统操作简单明了，系统使用和切除过程简单，操作人员可以快速掌握操作过程，减少操作人员的工作强度。
参考文献
[1] 于华，唐迪平.乙烯精馏塔的先进控制.乙烯工业， 2010.
[2] 李海青，黄志尧.软测量技术原理及应用.北京： 化学工业出版社， 2000.
[3] 俞金寿，刘爱伦，张克进.软测量技术及其在石油化工中的应用.北京：化学工业出版社，2000 ：
作者简介：闫佳宁，男，1989年1月1日，在大庆石化公司化工一厂从事操作工作，化工工程与工艺专业。