乙烯精馏塔灵敏板温度控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一类乙烯装置中乙烯精馏塔系统及其控制方法。本发明专利技术结合乙烯精馏生产过程的工艺操作特点，综合应用化学工程和自动控制科学中的最新技术，采用非线性控制理论设计了灵敏板温度控制系统及其控制方法，通过添加了温度均衡控制回路对２个再沸器出口物料的温度偏差进行均衡控制、在线调节进入两个再沸器的加热介质流量和负荷分配比例，确保乙烯精馏塔塔内气相和液相负荷的平稳，稳定控制灵敏板温度和出口物料温度，克服加热介质的温度和压力变化引起的外部扰动，为整个精馏塔的稳定操作和产品质量的“卡边”操作奠定坚实的基础，充分发挥乙烯装置中ＤＣＳ和操作设备的潜力，有效地利用原料和能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类乙烯装置中乙烯精馏塔系统及其控制方法，特别是带有双再沸器的乙烯精馏塔灵敏板温度均衡调节系统及其控制方法。
技术介绍
在乙烯生产过程中，乙烯精馏塔是生产装置的重要设备，它操作平稳与否，不仅影响整个乙烯精馏塔的产品质量和产量，而且还将直接影响下游生产装置(如聚乙烯、醋酸、乙二醇、聚氯乙烯等装置)的平稳操作。目前国内所有乙烯装置都采用集散控制系统(Distributed ControlSystems, DCS)的基本控制功能对生产过程进行监控，这些基础控制系统保障了乙烯精馏塔的安全运行，但是由于塔釜再沸器加热量不能有效控制，塔内的气相和液相负荷波动大，作为塔釜组分含量标志的灵敏板温度波动较大，极大的影响了乙烯精馏塔的稳定操作。乙烯精馏塔是一个很复杂的精密精馏过程；此系统的工艺操作和自动控制难度较大，其平稳控制一直是国内外乙烯生产过程有待解决的难题之一，尤其是对于具有2个再沸器的精馏塔，由于2个再沸器特性不完全一致，致使二者的加热负荷很难匹配和控制，灵敏板温度波动较大，严重影响了精馏塔的稳定运行，这也成为精馏塔稳定控制的难点。
技术实现思路
为克服具有常规控制器控制双再沸器的乙烯精馏塔中存在的难以稳定运行的缺点，本专利技术基于现有的DCS系统采用非线性控制理论设计了灵敏板温度控制系统及其控制方法，通过添加了温度均衡控制回路在线调节进入两个再沸器的加热介质流量和负荷分配比例，稳定控制灵敏板温度和出口物料温度，克服加热介质的温度和压力变化引起的外部扰动。一种乙烯精馏塔灵敏板温度控制系统，包括一灵敏板温度控制器、再沸器l流量控制回路、再沸器2流量控制回路、 一个精馏塔对象，灵敏板温度控制器根据输入的灵敏板温度设定值和精馏塔对象灵敏板温度测量值，计算出流量设定值输出，输出端连接至1个再沸器流量控制回路输入端和一个加热负荷比例计算模块，两个再沸器流量控制回路并联于灵敏板温度控制器和精馏塔对象之间，两控制回路输出端连接精馏塔对象输入端，精馏塔对象通过两控制回路输入的流量设定值控制各自的加热介质流量，为精馏塔塔釜再沸器提供热源，精馏塔对象通过对灵敏板温度测量输出灵敏板温度，输出端连接到灵敏板控制器反馈输入端，其特征在于灵敏板温度控制器输出端同再沸器2控制回路输入端之间串联负荷分配控制回路，输出到复合控制器(作为再沸器2的流量设定1);两再沸器出口温度测量值输出至温度均衡控制回路作为输入端，该温度均衡控制回路输出到复合控制器(作为再沸器2的流量设定2);复合控制器输出端连接到再沸器2流量控制回路输入端。所述温度均衡控制回路由温度偏差计算模块、加热负荷比例控制器、复合控制器和温度均衡控制器组成，温度偏差计算模块根据输入的再沸器对象1和再沸器对象2的温度测量值计算得两个再沸器的温度差输出，输出端连接至温度均衡控制器的反馈输入端，温度均衡控制器根据反馈输入的温度差和温度偏差设定值计算出再沸器2的流量设定值，输出至复合控制器；加热负荷比例控制器根据灵敏板温度控制器输出的再沸器1的流量设定值和两再沸器加热负荷比例设定值，进行计算输出再沸器2的流量设定值，输出端连接至复合控制器的输入端；复合控制器根据加热负荷比例控制器及温度均衡控制器的输出计算出最终再沸器2的流量设定值进行输出，输出端连接至再沸器2流量控制回路的输、 丄山入顺。所述温度均衡控制器是以温度偏差设定值为目标、两个再沸器出口物料的温度差作为控制器的反馈输入，通过比例-积分一微分运算，计算出再沸器2的流量设定值。所述复合控制器为一个非线性增量控制器，根据加热负荷比例控制器的输出和温度均衡控制器的输出，进行增量递加运算，输出量经过工程单位转换后，得到再沸器2流量控制器的流量设定值。所述温度均衡控制回路还包括一加热负荷比例计算模块，串联于灵敏板温度控制器输出端和加热负荷比例控制器输入端之间，复合控制器输出端是该加热负荷比例计算模块的另一输入端，该加热负荷比例计算模块根据输入进行计算并显示当前负荷的实际比例。所述再沸器流量控制回路由再沸器流量控制器、调节阀和流量对象连接而成，加热介质流量值由流量计测量得到，作为反馈输入连接至再沸器控制器输入端。所述精馏塔对象通过对灵敏板温度测量后，还通过一灵敏板温度的压力校正模块对温度测量值进行校正，校正后的测量值作为输入反馈到该模块输入为精馏塔对象测量仪表所得灵敏板温度和精馏塔压力，通过非线性校正，得到校正后灵敏板温度输出，输出端连接至灵敏板控制器反馈输入端。所述压力校正模块采用的为非线性校正，其数学表达式为T'=F(T,P,P。)=T+a。x(P-P。)+aix(P-P0)2+"..;其中，P。为校正的基准压力，由稳态模拟获得;P为精馏塔操作压力；T为灵敏板温度测量值；T'为校正后的灵敏板温度；a。、 a,根据基准电压P。和对应的基准温度，利用最小二乘算法，拟合出校正系数a。和a"所述灵敏板温度控制器和再沸器流量控制器采用串级、自动或手动控制模式，温度均衡控制器和加热复负荷比例控制器采用自动或手动控制模式，复合控制器采用串级控制模式。所述系统基于DCS系统的现有模块开发。一种乙烯装置中乙烯精镏塔控制方法，基于权利要求1所述系统进行控制，其特征在于该方法包括以下步骤①当精馏塔压力发生变化时，压力校正模块对精馏塔的灵敏板温度进行非线性在线校正；② 灵敏板温度控制器采用压力校正后的灵敏板温度作为反馈输入，设定再沸器1的流量设定值；③ 选择2个再沸器被加热物料的温度偏差作为反馈值，作为温度均衡控制器的输入； 再沸器加热负荷比例控制器和温度均衡控制器通过复合控制器联合作用，调整再沸器2的流量设定值；⑤重复步骤②、③、④直至两个再沸器加热量相匹配。本专利技术的有益效果是结合乙烯精馏生产过程的工艺操作特点，综合应用化学工程和自动控制科学中的最新技术，通过温度均衡控制回路和加热负荷比例分配控制回路对塔釜再沸器加热量进行有效调节，控制灵敏板温度，对2个再沸器出口物料的温度偏差进行均衡控制，确保乙烯精馏塔塔内气相和液相负荷的平稳，为整个精馏塔的稳定操作和产品质量的"卡边"操作奠定坚实的基础，充分发挥乙烯装置中DCS和操作设备的潜力，有效地利用原料和能源。附图说明图1是灵敏板温度非线性在线校正环节示意图。图2是灵敏板温度控制方法系统结构图。图3是乙烯精馏塔流程的组态图。附图符号说明图1中，PO为校正的基准压力；P为精馏塔实际操作压力；T为灵敏板温度测量值；校正函数F(，)为非线性函数，其形式为T' =F (T， P，P0) =T+a0x(P-P0)+alx(P-P0)2+…；T，为校正后的灵敏板温度。图2为该控制方法实现的控制流程图，图中"流量对象1"和"流量对象2"分别指2个再沸器的加热介质的流量特征函数；"再沸器对象1"和"再沸器对象2"分别指两个再沸器传热特征函数；"精馏塔对象"是指与灵敏板温度控制特征相关的精馏塔特征模型。图3中，PDI表示塔顶与塔釜的压力差；TU399为塔顶温度；EA401A/B为塔顶冷凝器；EA/B为精馏塔的中沸器；EA400A/B为精馏塔的2个底沸器；TUl/2为底沸器加热后物料的温度；TI为灵敏板温度测量值；PI为塔釜压力测量值；TU为进入底沸器物料的温度；FC或FIC为流量控制器简称；TC为温度控制器简称；LC为液位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乙烯精馏塔灵敏板温度控制系统，包括一灵敏板温度控制器、再沸器１流量控制回路、再沸器２流量控制回路、一个精馏塔对象，灵敏板温度控制器根据输入的灵敏板温度设定值和精馏塔对象灵敏板温度测量值，计算出流量设定值输出，输出端连接至１个再沸器流量控制回路输入端和一个加热负荷比例计算模块，两个再沸器流量控制回路并联于灵敏板温度控制器和精馏塔对象之间，两控制回路输出端连接精馏塔对象输入端，精馏塔对象通过两控制回路输入的流量设定值控制各自的加热介质流量，为精馏塔塔釜再沸器提供热源，精馏塔对象通过对灵敏板温度测量输出灵敏板温度，输出端连接到灵敏板控制器反馈输入端，其特征在于：灵敏板温度控制器输出端同再沸器２控制回路输入端之间串联负荷分配控制回路，输出到复合控制器（作为再沸器２的流量设定１）；两再沸器出口温度测量值输出至温度均衡控制回路作为输入端，该温度均衡控制回路输出到复合控制器（作为再沸器２的流量设定２）；复合控制器输出端连接到再沸器２流量控制回路输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，王振雷，杜文莉，叶贞成，梅华，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]