毕业设计论文原油蒸馏装置常压塔控制系统设计

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1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文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

2、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

3、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 AbstractDCS in our refinery application for 15 years history, has more than 20 r

4、efining 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, major

5、ity 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 ci

6、rcuit 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 o

7、il, 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 expe

8、rience, 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.

9、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. Atmospher

10、ic 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, vacu

11、um 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

12、 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 va

13、porization, namely the vaporization distillation-atmospheric distillation-vacuum distillation.Keywords: crude oil; often vacuum distillation tower; Control system.目录摘要 英文摘要 第一章 绪论1第二章 工艺流程设计32.1原料油性质及产品性质32.1.1原料油性质、来源32.1.2产品性质32.2工艺流程32.2.1原油换热系统42.2.2常压系统42.2.3减压系统4第三章 常减压装置主要控制回路 63.1加压炉63.2常压塔、

14、减压塔中段回流热负荷控制73.3提交加热炉效率的控制73.3.1炉膛压力控制73.3.2烟道气氧含量控制73.4加热炉出口温度控制73.5常压塔解耦控制 8第四章 原油蒸馏先进控制 84.1 DCS的控制结构层84.2原油蒸馏的先进控制策略94.2.1常压塔多变量控制94.2.2 LQG自校正控制94.2.3中段回流计算104.2.4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 125.1过程控制系统方案设计的基本要求125.2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146.1精馏塔控制系统的组成与结构146.2主要内容与设计步骤156.2.1

15、被控参数的选择 166.2.2温度变送器的选择176.2.3温度调节器的选择186.2.4执行器的选择196.3一线温度控制系统设计206.4一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 38VI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

16、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

17、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250270万吨的常减压装置，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

18、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

19、。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

20、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11132.373.28728320.8622.891338539.8042.3521485.586.54830024.0026.131439943.0145.6231808.539.84931827.1

21、129.351541946.1448.79421011.5413.121033530.3132.661646059.1361.65523514.5916.381135333.4935.921750071.3273.48625617.6819.611236436.6839.17表2.2 原油平衡蒸发数据累计馏出, (体)310203040506070平衡蒸发温度, 2002372803163483814094362.1.2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, 名 称%(重)初10%30%50%70%90%终重整原料初1304.20.7342588

22、79399106118130航空煤油1302309.40.7909142162180192205228243轻 柴 油23032013.50.8406225238255262270288312重 柴 油3203505.70.8450307324329331342359385重 油35067.20.92002.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1200024000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

23、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6075后，再分两路冷却到4045，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

24、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4045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5070后与碱液混合进入柴油电离罐，在罐内约1.52.0万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

25、回塔-1第26层，馏出油由泵抽出后经冷却至6075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385395）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

26、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4050，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6070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

27、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13

28、0150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07MPa蒸汽的分程控制减压炉07MPa蒸汽的压力是通过补充11MPa蒸汽或向04MPa乏气管网排气来调节。用DCS控制07MPa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。07MPa蒸汽压力检测信号送入功能块调节器，调节器输出412mA段去调节11MPa蒸汽入管网调节阀，输出1220mA段去调节04MPa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07MPa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

29、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

30、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，

31、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

32、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1DCS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

33、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

34、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

35、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

36、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

37、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，

38、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，

39、干点可以提高35。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35，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

40、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

41、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

42、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：700.5，最大偏差：1一线控制温度：600.5，最大偏差：1.32.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。

43、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

44、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360370C，进入常压蒸馏塔（塔板数3648），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

45、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：初馏塔侧线常压塔进料塔底重油三线重柴油二线轻柴油一线航空煤油塔顶汽油TCFC3FC2FC1顶回流图5.1炼油厂常压塔总体流程图第六章 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700.5，一线温度应保持在600.5。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

46、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。PCPT冷却剂LTLC回流QLFCFTTT进料FCFT塔顶产品QdTTTCTCQsLTLC再沸器蒸汽冷凝水一线产品Qw图6.1精馏段温度控制系统当以塔顶采出液为主要产品时，往往以精馏段的温度为衡量质量的间接指标，这时可选精馏段某点温度作为被控参数（间接反应塔顶采出液的纯度），以回流量QL作为被控变量做成单回路控制系统，亦可以组成串级控制系统。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量

47、检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。系统的框图如下：Y2(S)Gm1(S)Gm2(S)F(S)F(S)Go1(S)Go2(S)Gv(S)Gc2(S)Gc1(S)X2(S)X1(S)图6.2精馏段控制的系统框图图中Gc1

48、(S)为主控制器；Gc2(S)为副控制器；Gv(S)为控制器；Go2(S)为回流量QL；Go1(S)精馏塔的塔板温度。精馏段温度控制系统有如下特点：（1）用精馏段的温度作为间接质量指标，能较迅速、直接的反映提馏段产品质量。在以塔顶采出物为主要产品，对塔顶产品成分的纯度要求高于对塔低产品成分的要求时，往往采用精馏段温度控制系统方案。（2）当干扰首先进入精馏段时，例如进料产生的干扰首先引起精馏段和塔顶参数的变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响应比较迅速。（3）串级控制系统的流量回路岁回流罐液位与压力、精馏塔内压力等于干扰对回流量的影响有较强的抑制，可实现被控参数的高精度控制。为了抑制其他的干扰

49、对被控参数的影响，除了主系统外，还设有五个辅助控制系统。其中进料量、塔压、塔低采出量与塔顶流出液的控制方案与提馏段温控时相同；再沸器加热量应足够大，且维持一定，可以使精馏塔在最大负荷时，仍能保证塔低产品的质量指标稳定在一定范围内。6.2主要内容与设计步骤6.2.1 被控参数的选择在本课设中，精馏塔是利用混合物各组分挥发度不同，将混合物分离成较纯组分产品或中间产品的设备。精馏过程要求产品达到规定的纯度，并希望在额定生产负荷下，尽可能地节省能源。这样，塔顶馏出物(或塔底残液)的浓度应选作被控参数，因为它最直接地反映了产品的质量。但是，目前对成分的测量尚有一定困难，于是一般采用塔顶(或塔底)温度代替

50、浓度作为被控参数。当选取间接参数作为被控参数时，间接参数必须与直接参数有单值函数关系；间接参数要有足够的灵敏度；同时还应考虑到工艺的合理性等。当选择直接参数有困难时(如缺少获取质量信息的仪表)，可以选择间接参数作为被控参数。其主回路是以精馏段的塔板温度为被控参数，以回流量QL作为控制变量，QL同时也是串级控制系统的副参数。通过正确选择控制参数，构成一个控制性能良好的过程控制系统，可有效地克服扰动的影响。根据过程特性选择控制参数的一般原则是： 选择过程控制通道的放大系数要适当大一些；时间常数要适当小一些；纯时延愈小愈好，在有纯时延的情况下，与之比应小一些(小于1)，若其比值过大，则不利于控制。

51、选择过程扰动通道的放大系数应尽可能小；时间常数要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量时延愈大，则有利于控制。 广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时问常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 注意工艺操作的合理性、经济性。6.2.2温度变送器的选择目前在工业领域被广泛采用的是DDZ-型仪表。由于DDZ-型仪表采用了线性集成电路，进一步提高了仪表在长期运行中的稳定性和可靠性，从而扩大了调节器的功能，易于组成各种变型调节器，更好地满足生产过程自动化的需要。它接受来自变送器或转换器的

52、15VDC测量信号作为输入，与15VDC给定信号进行比较，然后对其偏差进行PID运算，输出420mADC标准统一信号，以实现对工艺变量的控制。温度变送器的选择：炼油厂常压塔温度控制系统，要求温度的测量范围在0-100，且控制温度在（700.5），最大偏差为1。针对本系统选用了一体化温度变送器热电阻，型号WZCB,测温范围（-50+100），允许偏差（0.300.005）。它的应用很广通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用，输出420mA，直接测量产生现场存在的液体、蒸汽的气体以及固体表面的温度。热电阻产生的热电势经过温度变送器的电桥长生不平衡信号，经过放大后转换成为420mA的只留电信

53、号给工作仪表，工作仪表便显示出所对应的温度值。他的特点：1、二线制输出420mA，抗干扰能力强；2、节省补偿导线及安装温度变送器费用；3、安全可靠，使用寿命长；4、冷端温度自动补偿，非线性校正电路；6.2.3温度调节器的选择本设计选用的DTZ-2100D/2100G全刻度指示调节器是DDZ-III系列仪表中调节单元的基型品种，具有价格便宜，高性能的温度控制器。另有计时器可选装 端面形式 96x96mm 模拟输入 1个或2个低阶 输入信号类型热电阻， mA级数字输出，无模拟输出，待定数字输出控制最多2个，精度控制在正负0.5，控制回路最多2个。它接受变送器经信号分配器送来的信号征收给定信号进行比

54、较，对其差值进行比例、积分、微分运算，以电流输出控制执行机构。可对温度、压力、流量、液位压等工艺参数进行自动调节。有边框的盘装结构，可密集安装，也可分散安装。测量信号和给定信号由纵形双针动圈式（或双光柱）表头显示，显示醒止、直观。自动/手动切换采用无触点电子开头,操作方便可靠。输入信号为1-5V，给定方式为内给定1-5V，外给定4-20mA（2500.1%），输出信号为4-20mA。6.2.4执行器的选择执行器的选择：调节阀的流量特性是流过阀门的流体的相对流量与阀门的相对开度间的关系，相对开度是调节阀某一开度行程与全开行程之比。执行器是由执行过程和调节阀组陈的，而执行机构与正反两种作用，调节阀

55、也有正反两种作用，因而组装成的气动调节阀有气关气开两种形式。无压力信号时阀全开，随着压力信号增大，阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式；反之，无压力信号时阀全关，随着压力信号增大，阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式。 阀开度0.1P/MPa0.020100%P/MPa100%00.10.02阀开度（a） （b）从生产工艺的安全考虑，一旦控制系统发生故障，要保证人身的安全，炼油厂的精馏塔温度控制系统，不可以让精馏塔处于太低的温度，所以执行器应选择气关阀。本系统选用Valtek公司推出的STARPAC型只能调节阀，与上位机的控制系统的连接用420mA模拟信号，采用数字通信方式进行组态、校准、数据检索与故

56、障诊断等信息传输。 6.3一线温度控制系统设计对于炼油厂常压塔温度控制系统中一线温度的检测，可以用简单控制系统实现，生产过程是按质量指标进行控制，按理应该以直接反应产品质量的变量作为被控参数，但有时由于缺乏检测直接反应产品质量参数的有效手段，无所岁产品质量作为直接检测；所以对炼油厂精馏塔出口产品的检测就转化为对一线温度的检测，蒸馏塔的一线出口温度是被控参数，从而间接检测产品质量。温度变送器TT将采集到的出口温度的信号送入温度控制器TC,控制器通过控制调节阀的开度，进而调节了进入精馏塔的冷凝水的量，从而控制了温度，使之保持在被控参数上。根据过程特性选择控制参数的一般原则是： 选择过程控制通道的放

57、大系数要适当大一些；时间常数要适当小一些；纯时延愈小愈好，在有纯时延的情况下，与之比应小一些(小于1)，若其比值过大，则不利于控制。 选择过程扰动通道的放大系数应尽可能小；时间常数要大；扰动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量时延愈大，则有利于控制。 广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时问常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 注意工艺操作的合理性、经济性。简单控制系统由四个基本环节做成，被控对象、测量变送装置、控制器、执行器四个部分的传递函数分别为Go(S),Gm(S),Gc(S

58、),Gv(S)。简单控制系统是最基本的控制系统。约占工业控制系统的80%以上。只有在简单控制系统不能满足生产更高要求的情况下，才用复杂控制系统。单回路控制系统是最基本的控制系统，由于其结构简单，投资少，易于调整，操作维护比较方便，又能满足此系统的控制要求。所以本套系统可采用简单的单回路控制。系统的流程图如下：冷凝水精馏水TCTT图6.3一线温度控制系统在熟悉和理解生产对控制系统的技术要求与性能指标之后可以建立被控过程的数学模型，被控过程的虎穴模型是控制系统分析和设计的基础，在控制系统设计中，首先要解决如何用恰当数学模型来描述被控过程的动态特性。控制方案包括控制方式选定和系统组成的结果确定，是过程控制系统设计的关键步骤。控制方案的确定既要依据被控过程的工艺特点、动态特性、技术要求与性能指标，还要考虑控制方案的安全性、经济性和技术实施的可行性、使用与维护的简单性等因素；进行反复比较与综合评价，最终确定合理的控制方案。然后要根据控制方案与过程特性、工艺要求等选择合适的传感器、变送控制器与执行器。测量变送装置一线出口温度+-YFUX执行器控制器