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[摘 要]在天然气的开采过程中，通常采出气体包含硫化氢，容易增加系统的整体负荷，同时现阶段的原材料气参数变化对缓冲性及可控性产生了直接的影响。本文通过继电反馈的方式，建立传递函数模型，以此确定最佳的控制回路，同时确定系统的缓冲性，对其进行动态模拟，通过验证发现，该方案设计具有较高的缓冲性和抗扰动能力。
[关键词]天然气；脱酸工艺；控制方案
中图分类号：TU583 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0177-01
前言：天然气是重要的能源之一，在脱酸工艺中，吸收塔和再生塔是主要的控制变量，吸收塔需要控制贫液的温度和循环量，其影响酸气的含量以及吸收效果。再生塔则会影响酸气的负荷[1]。因此，对其脱酸工艺进行控制具有重要的意义。本文主要在比例控制方案的基础上，结合实际脱酸工艺进行设计，对控制变量进行配对分析，以便可以为天然气脱酸工艺的控制方案设计提供理论借鉴。
1 建立函数模型
1.1 继电反馈测试
在工艺设计中，通过传递函数可以确定工艺的相关性，大部分化工过程均可以运用公式1来表示传递函数。
（1）
在公式1中，对参数的获取主要是通过引入脉冲信号来完成，但是其误差相对较大，随着工艺的发展，继电反馈方式逐渐应用于工艺计算中，其步骤如下所示：
（1）通过自动整定方式来获取临界增益和频率。
（2）通过系统响应曲线来获取滞后时间。
（3）通过静态模型来确定稳态增益。
（4）通过频率来确定传递函数的参数值。
通过继电反馈的方式，可以获取临界的频率和增益，同时确定滞后时间，在对该方法的改进中，后期逐渐出现了ATV+方法，在过程与继电器之间插入迟延，通过多次继电反馈的方式来建立模型[2]。但是其需要的次数相对较多，因而本次研究对其进行改进，其模型的构建方式如下所示：
（1）采用低阶稳态的方式来获取稳态增益以及滞后时间。
（2）通过矩阵的方式来表示传递函数。其如公式2所示。
（2）
在公式2中，U和Y分别表示输入和输出向量，K表示稳态增益矩阵，表示动态行为矩阵。
在本文的设计中，采用ATV方式来获取函数。在测试的过程中，系统采用高频段的输入和输出信号，其同样会产生相角差，其表现方程如公式3所示。
（3）
在公式3中，G表示传递函数，N表示非线性模块函数，u表示幅值。
在计算过程中，通过ATV测试方式，需要对其稳态增益进行计算，其吸收塔和解吸塔的之后时间计算方式如公式4所示。
（4）
在公式4中，和分別为频率和时间常数。通过上述公式的计算，可以确定传递函数的基本模型。
1.2 建立传递函数
在传递函数的建立中，需要通过以下步骤来完成设计：
（1）选择MDEA组分含量以及解吸塔流量，硫化氢的含量、循环量以及冷却温度属于输出变量。同时将气流量以及硫化氢作为干扰变量。
（2）确定传递函数的矩阵。在设计过程中，对吸收塔以及解吸塔进行重组，确定相关矩阵，经过计算，其传递函数如公式5所示。
DRGAij （5）
2 缓冲性与可控性分析
在传递函数的构建中，需要对函数的缓冲性以及可控性进行分析，在计算的过程中，通常是采用C&R的指标矩阵已知的情况下[3]，通过数据指标的带入，确定其增益矩阵，在本次设计中，经过相关数据的计算和带入，其增益矩阵如下：
RGA= （6）
在确定其缓冲性以及可控性的过程中，需要尽量降低负系数的应用，其不利于变量的交互，干预系统的调节性。因此，通过计算可知，通过该方式获取的常数为0和1.0014.说明系统的配对缺乏交互作用。另外，在实际操作过程中，元素会发生相应的变化，产生带宽限制，因而需要判断其频率的变化。在频率的变化中，高频时，上对角线的变化较为剧烈，其受到带宽的限制，但是处于变化频率范围内，因此优先选择下对角线的配对。在计算DC扰动时，需要确定控制器的输出范围，通过观察高频时的DC变化，以此来确定其缓冲性。
2.1 指标计算
在传递函数建立完成后，需要对DC指标进行计算，同时需要对变量的扰动成本进行分析，其如公式7所示。
（7）
通过公式的分析，可以发现其在d=[0，1]T的方向扰动较为容易克服，而在d=[1，1]T的方向扰动则克服相对较为困难，其主要是由于在该方向，操纵变量的数值相对较高，同时其控制系统的相应时间相对较为迟缓，而在较为容易克服的方向扰动中，其频率范围变化相对较小，通常在10%以下的扰动时，系统可以迅速恢复正常数值。
在分析脱酸工艺后，其控制结构具体表现如下：
（1）FC1负责控制气流量，为流量控制器。其控制范围主要在原料的气流量以及对流量扰动的设计。
（2）FC2负责控制贫液循环，不会根据参数而发生变化。其作用是防止液体循环量出现积累，可以保证液体的稳定性。
（3）LC1属于吸收塔液体位置控制器。主要负责控制闪蒸罐内的液体流量。
（4）PC1是压力控制器，负责闪蒸罐内的压力。
（5）LC2是解吸塔液体控制器。主要负责控制换热器内的液体流量。
（6）LC3是气液分离控制器，负责控制解吸塔回流量。
（7）TC1和TC2为温度控制器，分别负责吸收塔和解吸塔。
（8）LC4为闪蒸罐液体位置控制器。其主要负责进入解吸塔的液体流量。
（9）CC1负责控制解吸塔酸气负荷。
通过对上述控制结构的设计，可以满足脱酸工艺的处理需求，同时在处理的过程中，该方案是对常规设计的改进，可以在保证使用功能的基础上，最大程度的保证运行的稳定性和可靠性。
2.2 验证结构
在方案设计完成后，需要对可靠性进行研究，采用原料气流量和酸气10%的模拟环境进行分析，通过调节FC1的变化，将气流量控制在4043kmol/h，之后采用自动调节方式，确定硫化氢的响应曲线，通过验证发现，在干扰发生后，在系统调节作用下，工艺参数会恢复到一定的数值，其恢复时间通常为1-1.2h，而在常规的系统中，其需要1.5-3.5h。同时通过系统的调节作用，硫化氢的含量会增加5%左右，在配对的情况下，系统可以对干扰做出迅速的反应，将参数控制在稳定的状态，同时其波动相对较小，具有较高的可靠性。
结语
在本文的分析中，通过继电反馈的方式确定脱酸传递函数，根据计算指标来重新控制变量，通过限定贫液循环量以及温度等方式来改进常规系统，经过模拟实验发现，该系统可以迅速应对干扰，在1-1.5h内恢复稳定状态，同时在硫化氢含量10%干扰时，可以较好的反应，由此可见，在ATV测试方法基础上建立函数，可以改进脱酸工艺，为结构的控制提供可行性方案。
参考文献
[1] 唐玉杰，侯莹.海南小型LNG工厂液化工艺方案特点[J].天然气工业，2010，01：105-108.
[2] 左俊青，姚云，郭方飞.液化工艺及其控制方案的分析[J].山东化工，2012，03：104-107.
[3] 张剑.基于专家系统的天然气改质优化控制系统设计[J].石油化工自动化，2014，02：6-9.
[关键词]天然气；脱酸工艺；控制方案
中图分类号：TU583 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0177-01
前言：天然气是重要的能源之一，在脱酸工艺中，吸收塔和再生塔是主要的控制变量，吸收塔需要控制贫液的温度和循环量，其影响酸气的含量以及吸收效果。再生塔则会影响酸气的负荷[1]。因此，对其脱酸工艺进行控制具有重要的意义。本文主要在比例控制方案的基础上，结合实际脱酸工艺进行设计，对控制变量进行配对分析，以便可以为天然气脱酸工艺的控制方案设计提供理论借鉴。
1 建立函数模型
1.1 继电反馈测试
在工艺设计中，通过传递函数可以确定工艺的相关性，大部分化工过程均可以运用公式1来表示传递函数。
（1）
在公式1中，对参数的获取主要是通过引入脉冲信号来完成，但是其误差相对较大，随着工艺的发展，继电反馈方式逐渐应用于工艺计算中，其步骤如下所示：
（1）通过自动整定方式来获取临界增益和频率。
（2）通过系统响应曲线来获取滞后时间。
（3）通过静态模型来确定稳态增益。
（4）通过频率来确定传递函数的参数值。
通过继电反馈的方式，可以获取临界的频率和增益，同时确定滞后时间，在对该方法的改进中，后期逐渐出现了ATV+方法，在过程与继电器之间插入迟延，通过多次继电反馈的方式来建立模型[2]。但是其需要的次数相对较多，因而本次研究对其进行改进，其模型的构建方式如下所示：
（1）采用低阶稳态的方式来获取稳态增益以及滞后时间。
（2）通过矩阵的方式来表示传递函数。其如公式2所示。
（2）
在公式2中，U和Y分别表示输入和输出向量，K表示稳态增益矩阵，表示动态行为矩阵。
在本文的设计中，采用ATV方式来获取函数。在测试的过程中，系统采用高频段的输入和输出信号，其同样会产生相角差，其表现方程如公式3所示。
（3）
在公式3中，G表示传递函数，N表示非线性模块函数，u表示幅值。
在计算过程中，通过ATV测试方式，需要对其稳态增益进行计算，其吸收塔和解吸塔的之后时间计算方式如公式4所示。
（4）
在公式4中，和分別为频率和时间常数。通过上述公式的计算，可以确定传递函数的基本模型。
1.2 建立传递函数
在传递函数的建立中，需要通过以下步骤来完成设计：
（1）选择MDEA组分含量以及解吸塔流量，硫化氢的含量、循环量以及冷却温度属于输出变量。同时将气流量以及硫化氢作为干扰变量。
（2）确定传递函数的矩阵。在设计过程中，对吸收塔以及解吸塔进行重组，确定相关矩阵，经过计算，其传递函数如公式5所示。
DRGAij （5）
2 缓冲性与可控性分析
在传递函数的构建中，需要对函数的缓冲性以及可控性进行分析，在计算的过程中，通常是采用C&R的指标矩阵已知的情况下[3]，通过数据指标的带入，确定其增益矩阵，在本次设计中，经过相关数据的计算和带入，其增益矩阵如下：
RGA= （6）
在确定其缓冲性以及可控性的过程中，需要尽量降低负系数的应用，其不利于变量的交互，干预系统的调节性。因此，通过计算可知，通过该方式获取的常数为0和1.0014.说明系统的配对缺乏交互作用。另外，在实际操作过程中，元素会发生相应的变化，产生带宽限制，因而需要判断其频率的变化。在频率的变化中，高频时，上对角线的变化较为剧烈，其受到带宽的限制，但是处于变化频率范围内，因此优先选择下对角线的配对。在计算DC扰动时，需要确定控制器的输出范围，通过观察高频时的DC变化，以此来确定其缓冲性。
2.1 指标计算
在传递函数建立完成后，需要对DC指标进行计算，同时需要对变量的扰动成本进行分析，其如公式7所示。
（7）
通过公式的分析，可以发现其在d=[0，1]T的方向扰动较为容易克服，而在d=[1，1]T的方向扰动则克服相对较为困难，其主要是由于在该方向，操纵变量的数值相对较高，同时其控制系统的相应时间相对较为迟缓，而在较为容易克服的方向扰动中，其频率范围变化相对较小，通常在10%以下的扰动时，系统可以迅速恢复正常数值。
在分析脱酸工艺后，其控制结构具体表现如下：
（1）FC1负责控制气流量，为流量控制器。其控制范围主要在原料的气流量以及对流量扰动的设计。
（2）FC2负责控制贫液循环，不会根据参数而发生变化。其作用是防止液体循环量出现积累，可以保证液体的稳定性。
（3）LC1属于吸收塔液体位置控制器。主要负责控制闪蒸罐内的液体流量。
（4）PC1是压力控制器，负责闪蒸罐内的压力。
（5）LC2是解吸塔液体控制器。主要负责控制换热器内的液体流量。
（6）LC3是气液分离控制器，负责控制解吸塔回流量。
（7）TC1和TC2为温度控制器，分别负责吸收塔和解吸塔。
（8）LC4为闪蒸罐液体位置控制器。其主要负责进入解吸塔的液体流量。
（9）CC1负责控制解吸塔酸气负荷。
通过对上述控制结构的设计，可以满足脱酸工艺的处理需求，同时在处理的过程中，该方案是对常规设计的改进，可以在保证使用功能的基础上，最大程度的保证运行的稳定性和可靠性。
2.2 验证结构
在方案设计完成后，需要对可靠性进行研究，采用原料气流量和酸气10%的模拟环境进行分析，通过调节FC1的变化，将气流量控制在4043kmol/h，之后采用自动调节方式，确定硫化氢的响应曲线，通过验证发现，在干扰发生后，在系统调节作用下，工艺参数会恢复到一定的数值，其恢复时间通常为1-1.2h，而在常规的系统中，其需要1.5-3.5h。同时通过系统的调节作用，硫化氢的含量会增加5%左右，在配对的情况下，系统可以对干扰做出迅速的反应，将参数控制在稳定的状态，同时其波动相对较小，具有较高的可靠性。
结语
在本文的分析中，通过继电反馈的方式确定脱酸传递函数，根据计算指标来重新控制变量，通过限定贫液循环量以及温度等方式来改进常规系统，经过模拟实验发现，该系统可以迅速应对干扰，在1-1.5h内恢复稳定状态，同时在硫化氢含量10%干扰时，可以较好的反应，由此可见，在ATV测试方法基础上建立函数，可以改进脱酸工艺，为结构的控制提供可行性方案。
参考文献
[1] 唐玉杰，侯莹.海南小型LNG工厂液化工艺方案特点[J].天然气工业，2010，01：105-108.
[2] 左俊青，姚云，郭方飞.液化工艺及其控制方案的分析[J].山东化工，2012，03：104-107.
[3] 张剑.基于专家系统的天然气改质优化控制系统设计[J].石油化工自动化，2014，02：6-9.