原油蒸馏装置常压塔控制系统

原油蒸馏装置常压塔控制系统设计

摘要

DCS在我国炼油厂应用已有15年历史，有20多家炼油企业安装使用了不同型号的DCS，对常减压装置、催化裂化装置、催化重整装置、加氢精制、油品调合等实施过程控制和生产管理。其中有十几套DCS用于原油蒸馏，多数是用于常减压装置的单回路控制和前馈、串级、选择、比值等复杂回路控制。有几家炼油厂开发并实施了先进控制策略。下面介绍DCS用原油蒸馏生产过程的主要控制回路和先进控制软件的开发和应用情况。

辽河原油属于低硫中间基原油，含环烷酸多根据原油的性质、特点和市场的需求主要生产重整汽油、航空煤油、轻柴油、重柴油、混合蜡油、渣油等。装置由原油电脱盐、常减压蒸馏、渣油减粘裂化、航煤精制部分组成。根据加工含环烷酸原油的特点，结合加工含环烷酸原油的经验，优化了设备选型及选材，采用了目前最先进技术既初馏塔、常压塔塔盘为ADV高效塔盘。减压塔采用规整填料，处理物料能力大，汽、液接触均匀，传质效果较好。以实现装置长周期运行。高温部位设备和管线全部采用不锈钢材质，以达到防腐的目的。初顶、常顶用空冷代替水冷，节约了用水量，也减少了三废处理量。常压塔设顶循环回流和二个中段回流，以使塔内汽、液相负荷分布均匀，提高塔的处理能力，减小塔顶冷凝器的负荷。为了降低减压塔内真空高度，提高沸点，减压塔采用二级抽真空器。即蒸汽喷射泵和水环抽真空泵。

在采用新工艺新设备的同时优化了工艺流程，为了节能常压系统采用4台空冷器，为增加处理量常压炉四路进料四路出。

为使相当数量的中间馏分得到合理利用，因为它们是很多的二次加工原料，又能从中生产国民经济所需的各种润滑油、蜡、沥青的原料。因此本设计采用三段汽化蒸馏，即预汽化—常压蒸馏—减压蒸馏。

关键词：原油；常减压蒸馏塔；控制系统。

Crude oil distillation unit

atmospheric tower control system design

Abstract

DCS in our refinery application for 15 years history, has more than 20 refining enterprise installed the different types of DCS, often relief devices, catalytic cracking, catalytic reforming device, hydrotreating, oil products to attune, the implementation of process control and production management. There are more than ten sets of DCS for crude oil distillation, majority is used for often of pressure-relief device single loop control and feedforward, cascade, selection, such complex loop control. The ratio Several refineries in the development and implementation of the advanced control strategy. Here with crude oil distillation process of DCS the main control circuit and advanced control software development and application situation.

Liaohe oil belong to low sulphur crude oil, including among the naphthenic acid more according to the nature of the crude oil, characteristics and the demand of the market main production reforming gasoline, kerosene, diesel oil, heavy diesel, light mixed wax, directness, etc. Device by oil electricity desalination, often vacuum distillation, reduce glue residue cracking, and HangMei refined parts. According to processing including the naphthenic acid crude oil, combined with the naphthenic acid crude oil processing experience, optimize the selection of equipment and material, and adopted the most advanced technology, atmospheric distillation tower early both tata dish for ADV efficient tray. The reduced pressure tower neat padding materials handled, ability, air, liquid contact even, mass transfer effect is good. In order to realize the long period operation device. High temperature parts equipment and piping all adopt the stainless steel material, in order to achieve anticorrosive purpose. First, often be of top air cooling water, saving water instead of, also reduced the capacity of "three wastes". Atmospheric tower set top cycle and two middle backflow backflow, in order to make the tower in steam, liquid loading distribution uniformity, improve the processing power, reduce the tower top condenser load. In order to reduce the reduced pressure the tower in height, improve the boiling point vacuum, vacuum pumping, the reduced pressure tower is secondary. Namely steam injection pump and water ring smoke vacuum pump.

In the new process of new equipment and optimize the process, in order to energy saving

atmospheric system USES four units of air tanks to increase capacity, atmospheric pressure furnace four ways of incoming four the road.

To make a number of the middle of the fractions get reasonable use, because they are a lot of secondary processing raw material, and national economy from production all kinds of wax, lubricating oil, asphalt material. So this design USES the three sections of vaporization, namely the vaporization distillation-atmospheric distillation-vacuum distillation.

Keywords: crude oil; often vacuum distillation tower; Control system.

目录

摘要 (Ⅰ)

英文摘要 (Ⅲ)

第一章绪论 (1)

第二章工艺流程设计 (3)

2.1原料油性质及产品性质 (3)

2.1.1原料油性质、来源 (3)

2.1.2产品性质 (3)

2.2工艺流程 (3)

2.2.1原油换热系统 (4)

2.2.2常压系统 (4)

2.2.3减压系统 (4)

第三章常减压装置主要控制回路 (6)

3.1加压炉 (6)

3.2常压塔、减压塔中段回流热负荷控制 (7)

3.3提交加热炉效率的控制 (7)

3.3.1炉膛压力控制 (7)

3.3.2烟道气氧含量控制 (7)

3.4加热炉出口温度控制 (7)

3.5常压塔解耦控制 (8)

第四章原油蒸馏先进控制 (8)

4.1 DCS的控制结构层 (8)

4.2原油蒸馏的先进控制策略 (9)

4.2.1常压塔多变量控制 (9)

4.2.2 LQG自校正控制 (9)

4.2.3中段回流计算 (10)

4.2.4自动提降量模型 (11)

第五章炼油厂常压塔温度控制系统设计的方案 (12)

5.1过程控制系统方案设计的基本要求 (12)

5.2常压塔温度控制系统的总体设计 (13)

第六章炼油厂常压塔温度控制系统设计内容 (14)

6.1精馏塔控制系统的组成与结构 (14)

6.2主要内容与设计步骤 (15)

6.2.1 被控参数的选择 (16)

6.2.2温度变送器的选择 (17)

6.2.3温度调节器的选择 (18)

6.2.4执行器的选择 (19)

6.3一线温度控制系统设计 (20)

6.4一线温度控制的主要内容与仪器选择 (21)

第七章 DCS编程 (22)

第八章结论 (36)

第九章参考文献 (37)

第十章谢辞 (38)

第一章绪论

石油是一种主要由碳氢化合物组成的复杂混合物。石油中的烃类和非烃类化合物，相对分子质量从几十到几千，相应的沸点从常温到500度以上，分子结构也是多种多样。

石油炼制工业生产汽油、煤油、柴油等燃料和化学工业原料，是国民经济最重要的支柱产业之一，关系国家的经济命脉和能源安全，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。世界经济强国无一不是炼油和石化工业强国。

石油不能直接作汽车、飞机、轮船等交通运输工具发动机的燃料，也不能直接作润滑油、溶剂油、工艺用油等产品使用，必须经过各种加工过程，才能获得符合质量要求的各种石油产品。

石油及其产品的蒸馏是炼油装置的最基本单元设备。是任何一次加工与二次加工装置所不可缺少的设备.原油经过常压蒸馏可分馏出汽油、煤油、柴油馏分。因原油性质不同，这些馏分有的可直接作为产品，有的需要进行精制或加工。将常压塔底油进行减压蒸馏，等到的馏分视其原油性质或加工方案不同，可以作裂化（热裂化、催化裂化、加氢裂化等）原料或润滑油原料油原料，也可以作为乙烯裂解原料。减压塔底油可作为燃料油、沥青、焦化或其它渣油加工（溶剂脱沥青、渣油催化裂化、渣油加氢裂化等）的原料。

我国对原油蒸馏，国内大型炼油厂一般采用年处理原油250～270万吨的常减压装置，它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸汽系统组成。该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油，还要生产出催化裂化原料、氧化沥青原料和渣油；对于燃料一润滑油型炼油厂，还需要生产润滑油基础油。各炼油厂均使用不同类型原油，当改变原油品种时还要改变生产方案。燃料一润滑油型常减压装置的工艺流程是：原油从罐区送到常减压装置时温度一般为30℃左右，经原油泵分路送到热交换器换热，换热后原油温度达到110℃，进入电脱盐罐进行一次脱盐、二次脱盐、脱盐后再换热升温至220℃左右，进入初馏塔进行蒸馏。初馏塔底原油经泵分两路送热交换器换热至290℃左右，分路送入常压加热炉并加热到370℃左右，进入常压塔。常压塔塔顶馏出汽油，常一侧线（简称常一线）出煤油，常二侧线（简称常二线）出柴油，常三

侧线出润料或催料，常四侧线出催料。常压塔底重油用泵送至常压加热炉，加热到390℃，送减压塔进行减压蒸馏。减一线与减二线出润料或催料，减三线与减四线出润料。

辽河原油属于低硫中间基原油，含环烷酸多根据原油的性质、特点和市场的需求主要生产重整汽油、航空煤油、轻柴油、重柴油、混合蜡油、渣油等。装置由原油电脱盐、常减压蒸馏、渣油减粘裂化、航煤精制部分组成。根据加工含环烷酸原油的特点，结合加工含环烷酸原油的经验，优化了设备选型及选材，采用了目前最先进技术既初馏塔、常压塔塔盘为ADV高效塔盘。减压塔采用规整填料，处理物料能力大，汽、液接触均匀，传质效果较好。以实现装置长周期运行。高温部位设备和管线全部采用不锈钢材质，以达到防腐的目的。初顶、常顶用空冷代替水冷，节约了用水量，也减少了三废处理量。常压塔设顶循环回流和二个中段回流，以使塔内汽、液相负荷分布均匀，提高塔的处理能力，减小塔顶冷凝器的负荷。为了降低减压塔内真空高度，提高沸点，减压塔采用二级抽真空器。即蒸汽喷射泵和水环抽真空泵。

在采用新工艺新设备的同时优化了工艺流程，为了节能常压系统采用4台空冷器，为增加处理量常压炉四路进料四路出。为使相当数量的中间馏分得到合理利用，因为它们是很多的二次加工原料，又能从中生产国民经济所需的各种润滑油、蜡、沥青的原料。因此本设计采用三段汽化蒸馏，即预汽化—常压蒸馏—减压蒸馏。

第二章工艺流程设计

1.原料油性质及产品性质

2.1.1原油性质、来源

表2.1 原油实沸点蒸馏数据

序馏出温度馏出, % 序馏出温度馏出, % 序馏出温度馏出, %

号℃重体号℃重体号℃重体

1 113 2.37 3.28 7 283 20.86 22.89 13 385 39.80 42.35

2 148 5.58 6.54 8 300 24.00 26.1

3 1

4 399 43.01 45.62

3 180 8.53 9.8

4 9 318 27.11 29.3

5 15 419 46.14 48.79

4 210 11.54 13.12 10 33

5 30.31 32.6

6 16 460 59.13 61.65

5 235 14.59 16.38 11 353 33.49 35.92 17 500 71.32 73.48

6 256 17.68 19.61 12 364 36.68 39.17

表2.2 原油平衡蒸发数据

累计馏出, ％(体) 3 10 20 30 40 50 60 70 平衡蒸发温度, ℃200 237 280 316 348 381 409 436

2.1.2产品性质

表2.3 产品产率及其性质

产品沸点范围产率相对密度恩氏蒸馏数据, ℃

d初10% 30% 50% 70% 90% 终

名称℃%(重) 20

4

重整原料初~130 4.2 0.7342 58 87 93 99 106 118 130

航空煤油130~230 9.4 0.7909 142 162 180 192 205 228 243

轻柴油230~320 13.5 0.8406 225 238 255 262 270 288 312

重柴油320~350 5.7 0.8450 307 324 329 331 342 359 385

重油>350 67.2 0.9200

2.工艺流程

2.2.1原油换热系统

原油从北山油罐靠静位能压送到原油泵进口，在原油泵进口前的过滤器注入利于保证电脱盐效果的破乳化剂和水，经泵抽送后分东西两路与油品换热后进入电脱盐罐脱盐脱水。

在电脱盐罐内12000～24000伏高压交流电所产生的电场力和破乳化剂的作用下，微小的水滴聚集成大水滴沉降下来与原油分离，因原油中的盐份绝大部分溶于水中，故脱水包括了脱盐。

原油从电脱盐罐出来后，进料继续与油品换热进入常压塔第31层。

2.2.2常压系统

从炉-1加热出来的油进入塔-1汽化段后，汽相进入精馏段，在精馏段分离切割出五个产品，液相进入提馏段，在塔底液面上方吹入过热蒸汽作汽提用。

常顶油汽、水蒸汽从塔顶挥发线出来，（在挥发线依次注有氨水，缓蚀剂和碱性水），先分八路进入8片空冷器冷却到60～75℃后，再分两路冷却到40～45℃，冷后合并进入容罐作油、水、汽分离。容分离出来的冷凝水部份用泵注入挥发线，另一部份排入碱性水道或经泵送北汽提装置，不凝气（瓦斯）从容一顶出来经水封罐脱油脱水后去加热炉烧或明放空或去火炬线放空，或去三蒸馏尾气系统。常顶汽油由泵抽出，部份打回塔-1顶作冷回流，部份经混合柱碱洗进入容沉降罐分离碱渣后出装置或经脱砷后出装置。

常压一线自第9层馏出，经汽提上段汽提，油汽返回塔-1第8层，馏出油由泵-抽出先后经冷却至40～45℃进入灯油沉降罐作航煤，灯油或溶剂油出装置。

常压二线自第18层馏出，进入汽提中段汽提，油汽返回塔-1第17层，馏出油由泵抽出后经冷却至50～70℃后与碱液混合进入柴油电离罐，在罐内约1.5～2.0万伏高压直流电的电场作用下分出碱渣，常二经沉降后作轻柴装置，若作-10#军柴则改进盐罐后出装置。精制罐分离出的碱渣自压送往汽油泵房回收。

常压三线自第27层抽出，经汽提下段汽提，油汽返回塔-1第26层，馏出油由泵抽出后经冷却至60～75℃作变压器油原料出装置，若作轻柴则与常二合并出装置。

常压一中自第12层馏出，由泵抽送，返回口为第10层。

常压二中自第20层馏出，由泵抽出后经换热后经三通温控调节阀返回塔-1第18层。

常压塔底重油由泵抽出，分四路进入炉-3加热。

2.2.3减压系统

从炉-2加热出来的油（约385～395℃）进入塔-4第4层，在塔内91-97Kpa真

空度下进行减压分馏。

塔-4顶油汽、水蒸汽由挥发线引出，（为了防腐注有氨水和缓蚀剂）分8支路进入4组间冷凝器冷却，冷凝油水流入容-5进行油水分离，未冷凝油汽被一级蒸汽真空泵抽送入2组间冷器，冷却，冷凝液进入容-5，未冷凝气被二级蒸汽真空泵抽送入冷却，冷凝液进入容-5，最后的不凝气引去炉-3烧或排入大气中。

减压一线自塔-3上段填料下集油箱馏出，由泵抽送去与炉用空气换热，换热后再经换热器与原油换热，然后进入冷却至40～50℃，部份打回塔-4作冷回流，另一部份作重柴或催化料出装置。

减压二线自塔-3下段填料下集油箱馏出，经塔-5上段汽提，油汽返回中段填料下集油箱之下，馏出油由泵抽出后经冷却至60～70℃作润料或催化料出装置。冷-9出口引一支路去泵-32进口以作重质封油用。

减一中自塔-3中段填料下集油箱馏出，由泵抽送分三路并联经换热器（经三通温控调节阀），换热器（不经三通温控调节阀）换热后返回塔-4上段填料下集油箱之下。

减二中自塔-3第15层馏出，由泵-抽送先后经换热后返回塔-4第17层。

减底渣油由泵抽出，分两路换热（渣油一路换热流程：换-11/1CD、换-11/2CD、换-11/3CD、换-11/4CD、换-11/5CD；渣油二路换热流程：11/1AB、11/2AB、11/3AB、11/4AB、11/5AB）后合并进入冷-12，然后作氧化沥青料、焦化料或丙烷脱沥青料出装置。（注；换-11/3AB及换-11/2CD出来各引一支路作本装置及四蒸馏装置炉用燃料油）。

2.4.10塔底通入过热水蒸汽，目的是降低油汽分压，提高拔出率。

第三章常减压装置主要控制回路

原油蒸馏是连续生产过程，一个年处理原油250万吨的常减压装置，一般有130～150个控制回路。应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现，另一部分则用高级语言编程来实现。下面介绍几种典型的控制回路。

1．减压炉

减压炉0．7MPa蒸汽的分程控制减压炉0．7MPa蒸汽的压力是通过补充1．1MPa 蒸汽或向0．4MPa乏气管网排气来调节。用DCS控制0．7MPa蒸汽压力，是通过计算器功能进行计算和判断，实现蒸汽压力的分程控制。0．7MPa蒸汽压力检测信号送入功能块调节器，调节器输出4～12mA段去调节1．1MPa蒸汽入管网调节阀，输出12～20mA段去调节0．4MPa乏气管网调节阀。这实际是仿照常规仪表的硬分程方案实现分程调节，以保持0．7MPa蒸汽压力稳定。

2．常压塔、减压塔中段回流热负荷控制

中段回流的主要作用是移去塔内部分热负荷。中段回流热负荷为中段回流经热交换器冷却前后的温差、中段回流量和比热三者的乘积。由中段回流热负荷的大小来决定回流的流量。中段回流量为副回中路，用中段热负荷来串中段回流流量组成串级调节回路。由DCS计算器功能块来求算冷却前后的温差，并求出热负荷。主回路热负荷给定值由工人给定或上位机给定。

3．提高加热炉热效率的控制

为了提高加热炉热效率，节约能源，采取了预热入炉空气、降低烟道气温度、控制过剩空气系数等方法。一般加热炉控制是利用烟气作为加热载体来预热入炉空气，通过控制炉膛压力正常，保证热效率，保证加热炉安全运行。

3.3.1 炉膛压力控制

在常压炉、减压炉辐射转对流室部位设置微差压变送器，测出炉膛的负压，利用长行程执行机构，通过连杆来调整烟道气档板开度，以此来维持炉膛内压力正常。

3.3.2 烟道气氧含量控

一般采用氧化锆分析器测量烟道气中的氧含量，通过氧含量来控制鼓风机入口档板开度，控制入炉空气量，达到最佳过剩空气系数，提高加热炉热效率。

4．加热炉出口温度控制

加热炉出口温度控制有两种技术方案，它们通过加热炉流程画面上的开关（或软开关）切换。一种方案是总出口温度串燃料油和燃料气流量，另一种方案是加热炉吸热一供热值平衡控制。热值平衡控制需要使用许多计算器功能块来计算热值，并且同时使用热值控制PID功能块。其给定值是加热炉的进料流量、比热、进料出口温度和进口温度之差值的乘积，即吸热值。其测量值是燃料油、燃料气的发热值，即供热值。热值平衡控制可以降低能耗，平稳操作，更有效地控制加热炉出口温度。该系统的开发和实施充分利用了DCS内部仪表的功能。

5．常压塔解耦控制

常压塔有四个侧线，任何一个侧线抽出量的变化都会使抽出塔板以下的内回流改变，从而影响该侧线以下各侧线产品质量。一般可以用常一线初馏点、常二线干点（90％干点）、常三线粘度作为操作中的质量指标。为了提高轻质油的收率，保证各侧线产品质量，克服各侧线的相互影响，采用了常压塔侧线解耦控制。以常二线为例，常二线抽出量可以由二线抽出流量来控制，也可以用解耦的方法来控制，用流程画面发换开关来切换。解耦方法用常二线干点控制功能块的输出与原油进料量的延时相乘来作为常二线抽出流量功能块的给定值。其测量值为本侧线流量与常一线流量延时值、常塔馏出油量延时值之和。

组态时使用了延时功能块，延时的时间常数通过试验来确定。这种自上而下的干点解耦控制方法，在改变本侧线流量的同时也调整了下一侧线的流量，从而稳定了各侧线的产品质量。解耦控制同时加入了原油流量的前馈，对平稳操作，克服扰动，保证质量起到重要作用。

第四章原油蒸馏先进控制

1．DCS的控制结构层

先进控制至今没有明确定义，可以这样解释，所谓先进控制广义地讲是传统常规仪表无法构造的控制，狭义地讲是和计算机强有力的计算功能、逻辑判断功能相关，而在DCS上无法简单组态而得到的控制。先进控制是软件应用和硬件平台的联合体，硬件平台不仅包括DCS，还包括了一次信息采集和执行机构。DCS的控制结构层，大致按三个层次分布：基本模块：是基本的单回路控制算法，主要是PID，用于使被控变量维持在设定点。可编程模块：可编程模块通过一定的计算（如补偿计算等），可以实现一些较为复杂的算法，包括前馈、选择、比值、串级等。这些算法是通过DCS中的运算模块的组态获得的。

计算机优化层：这是先进控制和高级控制层，这一层次实际上有时包括好几个层次，比如多变量控制器和其上的静态优化器。

DCS的控制结构层基本是采用递阶形式，一般是上层提供下层的设定点，但也有例外。特殊情况下，优化层直接控制调节阀的阀位。DCS的这种控制结构层可以这样理解：基本控制层相当于单回路调节仪表，可编程模块在一定程度上近似于复杂控制的仪表运算互联，优化层则和DCS的计算机功能相对应。原油蒸馏先进控制策略的开发和实施，在DCS的控制结构层结合了对象数学模型和专家系统的开发研究。

2．原油蒸馏的先进控制策略

国内原油蒸馏的先进控制策略，有自行开发应用软件和引进应用软件两种，并且都在装置上闭环运行或离线指导操作。我国在常减压装置上研究开发先进控制已有10年，各家技术方案有着不同的特点。某厂最早开发的原油蒸馏先进控制，整个系统分四个部分：侧线产品质量的计算，塔内汽液负荷的精确计算，多侧线产品质量与收率的智能协调控制，回流取热的优化控制。该应用软件的开发，充分发挥了DCS的强大功能，并以此为依托开发实施了高质量的数学模型和优化控制软件。系统的长期成功运行对国内DCS应用开发是一种鼓舞。各企业开发和使用的先进控制系统有：组份推断、多变量控制、中段回流及换热流程优化、加热炉的燃料控制

和支路平衡控制、馏份切割控制、汽提蒸汽量优化、自校正控制等，下面介绍几个先进控制实例。

4.1.1常压塔多变量控制

某厂常压塔原采用解耦控制，在此基础上开发了多变量控制。常压塔有两路进料，产品有塔顶汽油和四个侧线产品，其中常一线、常二线产品质量最为重要。主要质量指标是用常一线初馏点、常一线干点和常二线90％点温度来衡量，并由在线质量仪表连续分析。以上三种质量控制通常用常一线温度、常一线流量和常二线流量控制。常一线温度上升会引起常一线初馏点、常一线干点及常二线90％点温度升高。常一线流量或常二线流量增加会使常一线干点或常二线90％点温度升高。

首先要确立包括三个PID调节器、常压塔和三个质量仪表在内的广义的对象数学模型：式中：P为常一线产品初馏点；D为常一线产品干点；T〔，2〕为常二线产品90％点温度；T〔，1〕为常一线温度；Q〔，1〕为常一线流量；Q〔，2〕为常二流量。为了获得G（S），在工作点附近采用飞升曲线法进行仿真拟合，得出对象的广义对象传递函数矩阵。针对广义对象的多变量强关联、大延时等特点，设计了常压塔多变量控制系统。全部程序使用C语言编程，按照采集的实时数据计算控制量，最终分别送到三个控制回路改变给定值，实现了常压塔多变量控制。分馏点（初馏点、干点、90％点温度）的获取，有的企业采用引进的初馏塔、常压塔、减压塔分馏点计算模型。分馏点计算是根据已知的原油实沸点（TBT）曲线和塔的各侧线产品的实沸点曲线，实时采集塔的各部温度、压力、各进出塔物料的流量，将塔分段，进行各段上的物料平衡计算、热量平衡计算，得到塔内液相流量和气相流量，从而计算出抽出侧线产品的分馏点。用模型计算比在线分析仪快，一般系统程序每10秒运行一次，克服了在线分析仪的滞后，改善了调节品质。在计算出分馏点的基础上，以计算机间通讯方式，修改DCS系统中相关侧线流量控制模块给定值，实现先进控制。还有的企业，操作员利用常压塔生产过程平稳的特点，将SPC控制部分切除，依照计算机根据实时参数计算出的分馏点，人工微调相关侧线产品流量控制系统的给定值，这部分优化软件实际上只起着离线指导作用。

4.1.2 LQG自校正控制

某厂在PROVOX系统的上位机HP1000A700上用FORTRAN语言开发了LQG自校正控制程序，对常减压装置多个控制回路实施LQG自校正控制。

·常压塔顶温度控制。该回路原采用PID控制，因受处理量、环境温度等变化因素的影响，无法得到满意的控制效果。用LQG自校正控制代替PID控制后，塔顶温度控制得到比较理想的效果。塔顶温度和塔顶拨出物的干点存在一定关系，根据工艺人员介绍，塔顶温度每提高1℃，干点可以提高3～5℃。当塔顶温度比较平稳时，工艺人员可以适当提高塔顶温度，使干点提高，便可以提高收率。按年平均处理原油250万吨计算，如干点提高2℃，塔顶拨出物可增加上千吨。自适应控制带来了可观的经济效益。

·常压塔的模拟优化控制。在满足各馏出口产品质量要求前提下，实现提高拨出率及各段回流取热优化。馏出口产品质量仍采用先进控制，要求达到的目标是：常压塔顶馏出产品的质量在闭环控制时，其干点值在给定值点的±2℃，常压塔各侧线分别达到脱空3～5℃，常二线产品的恩氏蒸馏分析95％点温度大于350℃，常三线350℃馏份小于15％，并在操作台上CRT显示上述各侧线指标。在保证塔顶拨出率和各侧线产品质量之前提下优化全塔回流取热，使全塔回收率达到90％以上。

·减压塔模拟优化控制。在保证减压混和蜡油质量的前提下，量大限度拔出蜡油馏份，减二线90％馏出温度不小于510℃，减压渣油运行粘度小于810泊（对九二三油），并且优化分配减一线与减二线的取热。

4.1.3 中段回流计算

分馏塔的中段回流主要用来取出塔内一部分热量，以减少塔顶负荷，同时回收部分热量。但是，中段回流过大对蒸馏不利，会影响分馏精度，在塔顶负荷允许的情况下，适度减少中段回流量，以保证一侧线和二侧线产品脱空度的要求。由于常减压装置处理量、原油品种以及生产方案经常变化，中段回流量也要作相应调整，中段回流量的大小与常压塔负荷、塔顶汽油冷却器负荷、产品质量、回收势量等条件有关。中段回流计算的数学模型根据塔顶回流量、塔底吹气量、塔顶温度、塔顶回流入口温度、顶循环回流进口温度、中段回流进出口温度等计算出最佳回流量，以指导操作。

4.1.4 自动提降量模型

自动提降量模型用于改变处理量的顺序控制。按生产调度指令，根据操作经验、物料平衡、自动控制方案来调整装置的主要流量。按照时间顺序分别对常压炉流量、常压塔各侧线流量、减压塔各侧线流量进行提降。该模型可以通过DCS的顺序控制的几种功能模块去实现，也可以用C语言编程来进行。模型闭环时，不仅改变有关控制回路的给定值，同时还在打印机上打印调节时间和各回路的调节量。

第五章炼油厂常压塔温度控制系统设计的方案

5.1过程控制系统方案设计的基本要求

过程控制的对象复杂多样，控制方案和系统结构种类较多。除了简单控制系统以外，还有复杂的控制系统，即串级控制系统、前馈控制系统、大滞后过程控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、阀位控制系统、选择性控制系统、接耦控制系统，还有计算机控制系统。

1.技术要求：

测量范围：0-100℃

常压塔控制温度：70±0.5℃，最大偏差：1℃

一线控制温度：60±0.5℃，最大偏差：1.3℃

2.说明书要求：

确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；

选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号；

确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式。

生产过程对过程控制系统的要求是多种多样的，可简要归纳为安全性、稳定性和经济性三个方面。安全性是指在整个生产过程中，过程控制系统能够确保人员与设备的安全（并兼顾环境卫生、生态平衡等社会安全性要求），是对过程控制系统最重要、最基本的要求。通常采用参数越限报警、事故报警、联锁保护等措施加以保证。稳定性是过程控制系统保证生产过程正常工作的必要条件。稳定性是指在存在一定扰动的情况下，过程控制系统将工艺参数控制在规定的范围内，维持设备和系统长期稳定运行，使生产过程平稳、持续地进行，同时要求系统具有良好的动态响应特性。经济性是指过程控制系统在提高产品质量、产量的同时，节省原材料，降低能源消耗，提高经济效益与社会效益。采用有效的控制手段对生产过程进行优化控制是满足工业生产对经济性要求不断提高的重要途径。

5.2常压塔温度控制系统的总体设计

我做的课程设计题目是炼油厂常压塔温度控制系统的设计，常压蒸馏预处理后的原油经加热后送入常压蒸馏装置的初馏塔,蒸馏出大部分轻汽油。初馏塔底原油经加热至360～370°C，进入常压蒸馏塔（塔板数36～48），该塔的塔

顶产物为汽油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整原料，或作为石油化工原料，或作为汽油调合组分。常压塔侧线出料进入汽提塔，用水蒸气或再沸器加热,蒸发出轻组分，以控制轻组分含量。一线为即航空煤油，二线为轻柴油馏分，三线为重柴油，塔底产物即常压渣油(即重油)。在石化工业中，许多原料中间产品或粗成品往往是右若干成分组成的混合物，需要经过精馏过程进行分离。精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离的过程。精馏塔是精馏过程的关键设备，是过程控制的重要控制对象。总体流程图如下：

图5.1炼油厂常压塔总体流程图

TC

FC1 FC2 FC3 顶回流 塔顶汽油 一线航空煤二线轻柴油 三线重柴油 塔底重油 常压塔进料 初馏塔侧线

第六章 炼油厂常压塔温度控制系统设计内容

6.1精馏塔控制系统的组成与结构

炼油厂常压塔是一种精馏塔，进入常压塔的油品经过精馏被分离成塔顶汽油，塔底重油，一线航空没有，二线轻柴油，三线重柴油，等三个侧线产品。工艺要求塔顶出口温度应保持在70±0.5℃，一线温度应保持在60±0.5℃。

图2.1所示的串级温度控制系统是常见的精馏段温度控制方案。。分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。

图6.1精馏段温度控制系统 PT 冷却剂 FC FT 进料 TC TT Qs 蒸汽 冷凝水 再沸器 回流QL TT LT TC FC FT LC 塔顶产品Qd PC

LT LC