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iMES控制系统在焦化工艺的应用

作者:kai 点击: 发布时间:2020-11-24 10:18:56

  摘要:随着人工智能的发展,越来越多的应用于工厂以实现自动化控制,减少了繁重的体力劳动的同时带来了不菲的经济效益。本文介绍了iMES控制在焦化气压机控制系统的成功应用,通过调节富气压缩机的负荷,以实现对焦化塔分馏压力的精确控制。

  引言:焦化切塔是焦化工艺操作的难点,对焦化工艺、干气制氢甚至装置的安全环保都会有很大的影响。焦化装置的富气压缩机组将装置产出的富气压缩后送往吸收稳定系统,切塔时工艺波动大,操作人员必须手动操作两三个小时才能恢复稳定,劳动强度大,风险高的同时浪费很多蒸汽。济南炼化是国内首个“城市炼厂”,企业视安全环保为生命线,自主创新,发挥科技优势助力安全生产势在必行。2017年济南炼化焦化气压机组使用iMES控制系统实现全自动切塔,全程无扰动操作,解放劳动力的同时,创造不菲的经济效益。

  一、焦化原有的控制方式和存在的问题

  120万吨/年延迟焦化装置是2009年在原有装置上扩建完成,对全厂的渣油平衡起到关键作用,加工量负荷变化较大,工艺波动频繁。焦化装置的富气压缩机组将装置产出的富气压缩后送往吸收稳定区域,由于工况波动大,原机组配置的调速器控制系统无法满足自动控制的需求,操作人员必须手动操作,劳动强度大,风险高同时浪费能量。为实现机组的自动化运行,该机组的控制系统在2009年进行优化改造。采用某国际品牌的控制系统对机组的防喘振控制和调速部分进行过专项改造。改造后经过几年的运行,由于技术支持不够和控制系统硬件可靠性较差,控制品质下降,防喘振控制和调速系统已不能满足工艺负荷和工况变化时保持自动控制的要求,给安全生产带来了隐患。济南炼化属于“城中炼油厂”环保压力极大,焦化机组不能实现自动控制,在放空和切塔操作时需要几个操作人员协调手动操作,操作强度和操作风险较大。气压机组的手动操作也不能与先进控制(APC)软件匹配运行的需求。

  二、目前的控制方式弊端

  切塔操作是焦化工艺的一个操作难点,每次切塔过程,分馏塔压力都会大幅波动。操作人员靠调节防喘振阀的开度来维持分馏塔压力的稳定,这样势必造成压缩机运行有很大的余量,一般防喘振阀开度都在30%左右。由于防喘振阀的开度,造成大量蒸汽的浪费。切塔过程中要多人配合频繁手动操作,注意力的高度集中造成操作人员精神紧张。而且人工操作切塔时分馏塔压力波动较大,如图一所示。

  iMES控制系统在焦化工艺的应用(图1)

  图1 iMES控制系统投用前运行曲线

  从曲线可以看出,焦化切塔时,汽轮机转速一直在较高状态运行,防喘振阀门开度较大,切塔时,分馏塔顶压力(绿色曲线)波动范围较大。操作人员为了稳定压力,频繁调节防喘振阀,消耗了大量的精力。且由于防喘振阀的开度较大,大量的压缩富气打回流,造成压缩做功浪费,蒸汽损失。

  三、控制方案的改进

  气压机组iMES控制系统控制核心为分馏塔压力与汽轮机转速串级控制,增加分馏塔顶压力控制与防喘振的解耦优化控制功能,这两个功能相互独立,又彼此影响,既能单独控制,又能同步自动调节。当这两个功能都处于自动模式时,防止发生喘振控制与分馏塔顶压力控制之间的耦合,当防喘振阀必须打开时,iMES控制系统能够自动跟踪调节汽轮机转速防止分馏塔顶压力的大幅波动。由于机组工作点始终在运行曲线附近,机组运行效率最高,大量的节省了蒸汽,经济效益大幅提升。

  3.1硬件配置

  系统硬件采用TRICON系列产品,电源及控制卡件都按照冗余容错设计,关键控制参数三取二联锁,系统可靠性较高,运算速度快。

  3.2软件功能

  iMES的控制核心就是分馏塔顶压力串级汽轮机转速,防喘振阀配合汽轮机转速解耦控制,使得汽轮机控制“卡边操作”,让汽轮机工作在运行曲线附近,如图2所示。尽可能的实现最高效率运行,同时通过对防喘振阀的控制,确保了汽轮机不发生喘振,实现了在安全、平稳和经济效益下运行,同时利用控制系统的运算操作,使得人工智能解放了操作人员的劳动,达到了无人驾驶。

  iMES控制系统在焦化工艺的应用(图2)

  图2汽轮机防喘振线

  iMES的智能控制降分馏塔压力控制过程如下:

  1、判断防喘振工作点是否在安全区域,如果在安全区域,则先关闭防喘振阀,当防喘振阀全自动时,可以直接关到满足分馏塔顶压力为止,如果关到一定程度,已经满足分馏塔顶压力,并且工作点还远离控制线,则开始以60RPM的速度开始降汽轮机转速,此时回流阀仍然处于自动调节状态,开始慢慢关回流阀,直至回流阀全部关闭或者转速降到最低为止。

  2、判断防喘振工作点是否在安全区域,如果在安全区域。则先关闭防喘振阀,如果回流阀全部关闭,还没有达到设定值,则开始升转速,直至到达设定值为止。

  3、判断防喘振工作点是否在安全区域,如果在安全区域,则先关闭防喘振阀,如果回流阀在半自动状态,则关闭到半自动状态的设定值,还没有达到设定值,则开始升转速,直至到达设定值为止。

  4、判断防喘振工作点是否在安全区域,如果在安全区域,则关闭防喘振阀,如果防喘振工作点已经离控制线1%范围内时,还没达到设定值,则开始升转速,如果升转速时,工作点到达离控制线大于3%时,还没达到设定值,此时停止升转速,开始继续关闭防喘振阀,当关闭到工作点离控制线到1%-3%之间时达到设定值则保持当前状态,分馏塔顶压力调节防喘振阀。反之,继续持续循环之前步骤操作,直至达到设定值为止。控制曲线如图3所示。

  iMES控制系统在焦化工艺的应用(图3)

  图3iMES智能软件控制下的参数曲线

  升分馏塔压力的控制和降分馏塔控制过程类似。

  从控制曲线可以看出,投入iMES智能控制软件以后,控制曲线发生很大的变化,整个控制过程不需要人工干预,放空和切塔周期的工艺参数跟踪控制需求变化平稳,分馏塔顶压力(绿色曲线)波动范围在3KPa之内。汽轮机的转速(黄色曲线)跟随分馏塔顶压力的变化自动调节。气压机组操作实现自动化操作,真正做到了机组控制的“无人驾驶”。

  在功能上实现分馏塔顶压力控制与防喘振控制的解耦控制优化,当这两个功能都处于自动控制模式时,防止发生防喘振控制与分馏塔顶压力控制之间的耦合作用,当防喘振阀必须打开时,机组转速能够自动跟踪防止分馏塔顶压力的大幅波动,对解耦控制实行的是有差控制,操作人员可以根据分馏塔顶的压力波动范围设置一定的死区,当测量值超过设定值与此死区的偏差时,才进入调节模式,当调到在设定值偏差范围之内时,自动停止调节,防止转速对喘振阀频繁调节。分馏塔顶压力控制与防喘振解耦功能的具体实施原理如图4所示。

  iMES控制系统在焦化工艺的应用(图4)

  图4汽轮机转速与防喘振阀解耦控制曲线图

  四、运行效果分析

  济南炼化焦化APC软件在2016年底上线运行,利用智能调节功能优化装置各部分之间的物料传递平衡;优化精馏部分的操作,已经取得了平均提高轻收1.7%,能耗降低1.8%的成效。但机组控制优化前APC不能与富气压缩机组和分馏塔顶压力无缝衔接,对进一步实现节能降耗产生了瓶颈。

  随着富气压缩机优化控制iMES的投运,对分馏塔顶压力实现精确控制,可以进一步降低焦炭产率,提高轻收,提高蜡油产率,真正实现智能运行。

  此次改造实际增效:

  336万(节约蒸汽)+50万(减少空冷负荷)共计386万元/年。

  五、结束语

  济南炼化iMES控制系统智能软件和燕山石化黑屏操作如出一辙,智能化软件的应用对控制方式和运行效率、产业结构乃至安全环保都带来深远的影响。相信随着计算机科技、仪器仪表和人工智能的发展,这些高科技的应用将给危化行业带来全新的变化,全新的智能自动化生产企业不再被工厂的地理位置所限制。安全、环保、节能和高效在人工智能的推动下全部实现,工业生产中全自动控制的无人驾驶模式替代人工劳动力这一趋势必将到来。



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