[发明专利]气体分馏塔多参数在线优化控制方法

说明书

本发明涉及炼油工业中气体分馏塔的计算机过程控制技术，特别是MTBE、气体分馏、烷基化等化工装置的气体分馏塔的微机在线优控方法。

炼油厂中气体分馏塔的主要生产任务，是将液态烃按工艺要求在塔顶塔底切割成不同的产品组分。产品品质的好坏取决于该塔的压力、温度及塔内的汽、液相负荷的分布。汽、液相负荷在塔板上分布的是否均匀和稳定，是决定塔的分馏效果与产品品质的主要因素。而塔的汽、液相负荷，又分别由塔底重复器的蒸汽量和塔顶回流量提供。旧的控制方案，不论是气体分馏装置的分馏塔，还是MTBE的分馏塔，或是由美国引进的烷基化装置的气体分馏塔，对上述的温度、压力以及汽、液相负荷，都是采用单参数控制方法，这样由于操作人员的方法不一，加上人为滞后及对各参数的调整顾此失彼，不仅水、电、汽消耗过大，而且质量无法保证。对装置冷换设备的泄漏以及开长周期等均有很大影响，直接影响整个装置的经济效益。

本发明的目的是针对当前生产存在的上述问题，以最优控制原理中多约束条件下寻找优化点的优化思想为依据，结合对现有串级控制和单参数控制的改进，通过对气体分馏塔的压力、顶温、底温以及灵敏板温度等相关参数的优化运算，实现对分馏塔回流量和蒸汽量实时闭环在线优化控制，最终达到合理分配塔内汽、液相负荷，提高产品质量，节能降耗提高经济效益的目的。

为实现上述目的，本发明在现有MTBE生产装置DCS系统或其它计算机控制系统上，设置一台完成优化运算与控制的上位计算机，而以现有控制系统的计算机为下位机。本发明计算机程序的设计思想是按照温度、压力与控制量之间关系的数学模型确定分馏塔汽相负荷在线优化控制算法和分馏塔液相负荷在线优化控制算法，依据控制算法分别编制并运行分馏塔气相负荷和液相负荷的在线优化控制程序。分馏塔气相负荷在线优化控制算法内容包括：

a，在线优控相关参数设定；

b，计算塔底温度和灵敏板温度的偏差值ΔT、ΔTB，计算蒸汽量给定值SVO及测量偏差值ΔF；

c，限制灵敏板温度偏差在±3℃之内；

d，判断当前蒸汽量的测量值F是否在设定限值之内，如不在，则退出；

e，判断当前塔压力是否低于设定塔压限值；

f，若低于设定塔压，则当前蒸汽量最佳设定值为：

   SV＝FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO；

g，若高于设定塔压限值，则当前蒸汽量最佳设定值为：

FO-|KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO|；

h，将最佳值蒸汽量设定值送到变步长控制器，发到下位机现场控制单元完成优化控制。

分馏塔液相负荷在线优化控制算法内容包括：

a，在线优控相关参数设定；

b，计算塔顶温度和灵敏板温度的偏差值ΔT、ΔTB，计算回流量给定值SVO及测量偏差值ΔF；

c，限制灵敏板温度偏差在-3--0℃之内；

d，判断当前回流量的测量值F是否在设定限值之内，如不在，则退出；

e，判断当前塔压力是否低于设定塔压限值；

f，若低于设定塔压，则当前回流量最佳设定值为：

SV＝FO+KΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO；

g，若高于设定塔压限值，则当前回流量最佳设定值为：

FO-KΔF(ΔT+ΔTB)/(ΔTO+1)；

h，将最佳回流量设定值送到变步长控制器，发到下位机现场控制单元完成优化控制。

下面分别阐述两部分程序的数学模型、算法结构和技术特征。

1、分馏塔汽相负荷在线优化控制程序(算法1)

以温度——蒸气流量(自控表)为例：

设底温——主控参数为TO，允许波动偏差±ΔTO，允许波动值域为：

TO±ΔTO；

设灵敏板——辅调温度为TBO；

允许塔压力为：PO(MPa)；

设流量——副控制参数为FO，允许上、下限为FO大、FO小，初始控制量FO＝(FO大+FO小)/2，波动幅度为ΔFO＝|(FO大+FO小)|/2；

初始步长为K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO；其中K为滞后因子，可依表类型调整，适宜值为0.1--10。

线性关系为：ΔT+ΔTB→FO-K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO

约束边界ΔTB为：O≤|ΔTB|≤3(取整数)

约束边界(流量)：FO小≤FO-K×ΔF(ΔT+ΔTB)/ΔTO≤FO大

控制过程：