一种塔顶注水自动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种塔顶注水自动控制系统及方法，其包括数据采集系统、注水执行系统及控制系统，所述数据采集系统及注水执行系统均与控制系统连接；所述数据采集系统包括实时工艺参数获取模块、分析化验数据获取模块，所述数据采集系统将采集的实时工艺参数数据及分析化验数据输送至控制系统，所述控制系统根据实时工艺参数数据及分析化验数据计算注水量目标值和注水量限幅值，并通过注水量目标值和注水量限幅值确定注水量设定值，所述控制系统将塔顶注水量实测值与注水量设定值进行比较，控制注水执行系统调整塔顶注水量。本发明专利技术中注水量设定值是基于塔顶馏出量、饱和注水量及控制塔顶排水离子浓度三个方面综合确定，可以实现可靠的注水控制。现可靠的注水控制。现可靠的注水控制。

【技术实现步骤摘要】
一种塔顶注水自动控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及蒸馏塔或分馏塔等塔顶注水系统自动控制
，具体涉及一种塔顶注水自动控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在炼油厂，塔顶系统的低温腐蚀问题成为影响装置安全长周期运行的共性、突出问题，典型的塔顶系统如蒸馏装置的常压塔、催化分馏塔、焦化分馏塔等，其主要腐蚀机理是HCl露点腐蚀以及氯化铵/胺沉积垢下腐蚀。为控制塔顶腐蚀，炼油厂普遍采取一定的工艺防腐措施，具体可能包括电脱盐、注碱、注中和剂、注缓蚀剂和注水等措施。其中，注水是缓解塔顶腐蚀与结盐的最普遍和有效的手段之一。注水的作用是稀释酸性物质，提高初凝区pH值，将沉积的盐洗走，并从气相中洗去可能结盐的物质。由于注水会导致水露点温度升高，因此初凝区的位置会随注水量发生变化。在塔顶注水防腐中，注水量是注水控制的关键参数，文献中给出的典型值一般是使25％的注水在注入点注入后保持液态；专利CN201511005086.8中公开了一种分馏塔塔顶油气系统注水装置及方法，提出了实际注水总量与达到水露点时的理论注水量相比过量20％～30％；专利CN202010505537.9公开了一种延缓常顶换热器流动腐蚀的防护系统及防护方法，提出了根据实时计算出的露点温度与设定值的比较结果，控制换热器进口前的注水阀门，当露点温度低于设定值需增加注水量，以及获得空冷器进口温度，通过ASPEN模拟计算出空冷器前25％液态水时需要的注水量，在调节注水量时应确保注水量不低于该计算出的注水量；专利CN201810584592.4公开了一种蒸馏塔顶工艺防腐自动调控系统，提出了根据20～50％的注水依然保持在液态调控，并以25％为控制值。总体而言，现有注水量控制方法主要基于计算使注水点气相水分压达到该条件下饱和水蒸气压所需的“饱和注水量”，在此基础上保持一定过量。
[0003]然而上述控制方法存在不足，饱和注水量需要较为复杂的相平衡热力学计算，往往需要借助商业工艺仿真软件，由于其输入参数较多，进行在线控制时，系统可靠性不高；另一方面，上述控制方法的基本出发点是保证注入的水不会全部汽化而是存在一定量的液态水，但是并不能保证其稀释腐蚀性物质、溶解沉积的盐的效果。因此，本专利技术提供了一种塔顶注水控制系统及方法，其优化了注水量的计算方法，除了基于饱和注水量这一常规考虑，还增加了基于塔顶馏出量和控制塔顶排水离子浓度两个方面的考虑，基于以上三方面因素综合确定注水量，实现可靠的注水控制，保证良好的容错性。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种塔顶注水控制系统及方法，优化了注水量设定值的计算方法，通过塔顶馏出量、饱和注水量及控制塔顶排水离子浓度三个方面综合确定注水量设定值，实现可靠的注水控制。
[0005]本专利技术为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
[0006]一种塔顶注水自动控制系统，包括数据采集系统、注水执行系统及控制系统，所述
数据采集系统及注水执行系统均与控制系统连接；所述数据采集系统包括实时工艺参数获取模块、分析化验数据获取模块，所述数据采集系统将采集的实时工艺参数数据及分析化验数据输送至控制系统，所述控制系统根据实时工艺参数数据及分析化验数据计算注水量目标值和注水量限幅值，并通过注水量目标值和注水量限幅值确定注水量设定值，所述控制系统将塔顶注水量实测值与注水量设定值进行比较，控制注水执行系统调整塔顶注水量；
[0007]所述实时工艺参数获取模块与DCS或MES系统相连，用于采集DCS或MES系统中的实时工艺参数，所述实时工艺参数包括塔顶操作压力、注水点操作温度、注水水温、注水蒸汽量、塔顶注水量、塔顶排水量、塔顶油回流量、塔顶油抽出量、塔顶不凝气量；
[0008]所述分析化验数据获取模块与LIMS系统连接，用于采集LIMS系统中的分析化验数据，所述分析化验数据包括塔顶油密度、塔顶油馏程、塔顶不凝气组成、塔顶排水离子浓度。
[0009]在上述技术方案中，DCS或MES系统中的实时工艺参数数据为塔顶系统中所安装的相关检测仪器实时检测的数据，如压力表、温度表、蒸汽流量检测仪、液体流量计等。
[0010]进一步地，所述数据采集系统还包括离子浓度数据获取模块，所述离子浓度数据获取模块与在线水质多参数测量系统连接，用于采集在线水质多参数测量系统所检测的塔顶排水离子浓度。
[0011]在上述技术方案中，LIMS系统中也存储有离子浓度数据，LIMS系统中的数据为取样离线分析化验后录入，离线分析通常为2～3次/周到1次/月，频次相对较低，分析化验数据不能及时更新，因此设置在线水质多参数测量系统，其检测频次可设置为1次/小时～1次/日，可以实时采集并计算塔顶排水中氯离子浓度、氨氮浓度及硫化物浓度，提高控制精度。
[0012]进一步地，所述离子浓度数据包括塔顶排水氯离子浓度、氨氮浓度、硫化物浓度。
[0013]进一步地，所述注水执行系统包括注水管道、注水泵及注水调节装置，所述注水调节装置为调节阀或水泵变频器，所述调节阀设置在注水管道上。
[0014]本专利技术还提供一种塔顶注水控制方法，包括如下步骤：
[0015](1)数据采集系统通过实时工艺参数获取模块、分析化验数据获取模块获取实时工艺参数数据及分析化验数据，所述实时工艺参数包括塔顶操作压力、注水点操作温度、注水水温、注水蒸汽量、塔顶注水量、塔顶排水量、塔顶油回流量、塔顶油抽出量、塔顶不凝气量；所述分析化验数据包括塔顶油密度、塔顶油馏程、塔顶不凝气组成、塔顶排水氯离子浓度、氨氮浓度、硫化物浓度；
[0016](2)数据采集系统将采集的实时工艺参数数据及分析化验数据输送至控制系统，控制系统计算注水量目标值及注水量限幅值，并通过注水量目标值和注水量限幅值确定注水量设定值，所述控制系统将塔顶注水量实测值与注水量设定值进行比较，控制注水执行系统调整塔顶注水量，同时，控制系统将注水量设定值反馈至DCS或MES系统，工作人员可从DCS或MES系统监测注水量设定值及塔顶注水量实测值.
[0017]进一步地，所述步骤(2)中确定注水量设定值的方法为：如果注水量目标值W在注水量限幅值范围内，则以注水量目标值作为注水量设定值；如果注水量目标值W大于注水量上限值W
max
，则以注水量上限值W
max
作为设定值；如果注水量目标值W小于注水量下限值W
min
，则以注水量下限值W
min
作为设定值。
[0018]进一步地，所述步骤(2)中注水量目标值W及注水量限幅值W
min
、W
max
的计算公式分别如下：
[0019]注水量目标值：
[0020]W＝EW1+(1
‑
E)W2；
[0021]其中，E为权重，E取0～1，优选地，E＝0.5；W1为基于塔顶馏出量确定的第一注水量；W2为基于饱和注水量确定的第二注水量；
[0022]注水量限幅值：
[0023]W
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔顶注水自动控制系统，其特征在于，包括数据采集系统、注水执行系统及控制系统，所述数据采集系统及注水执行系统均与控制系统连接；所述数据采集系统包括实时工艺参数获取模块、分析化验数据获取模块，所述数据采集系统将采集的实时工艺参数数据及分析化验数据输送至控制系统，所述控制系统根据实时工艺参数数据及分析化验数据计算注水量目标值和注水量限幅值，并通过注水量目标值和注水量限幅值确定注水量设定值，所述控制系统将塔顶注水量实测值与注水量设定值进行比较，控制注水执行系统调整塔顶注水量；所述实时工艺参数获取模块与DCS或MES系统相连，用于采集DCS或MES系统中的实时工艺参数，所述实时工艺参数包括塔顶操作压力、注水点操作温度、注水水温、注水蒸汽量、塔顶注水量、塔顶排水量、塔顶油回流量、塔顶油抽出量、塔顶不凝气量；所述分析化验数据获取模块与LIMS系统连接，用于采集LIMS系统中的分析化验数据，所述分析化验数据包括塔顶油密度、塔顶油馏程、塔顶不凝气组成、塔顶排水离子浓度。2.根据权利要求1所述的一种塔顶注水自动控制系统，其特征在于，所述数据采集系统还包括离子浓度数据获取模块，所述离子浓度数据获取模块与在线水质多参数测量系统连接，用于采集在线水质多参数测量系统所检测的塔顶排水离子浓度。3.根据权利要求1或2所述的一种塔顶注水自动控制系统，其特征在于，所述离子浓度数据包括塔顶排水氯离子浓度、氨氮浓度、硫化物浓度。4.根据权利要求1所述的一种塔顶注水自动控制系统，其特征在于，所述注水执行系统包括注水管道、注水泵及注水调节装置，所述注水调节装置为调节阀或水泵变频器，所述调节阀设置在注水管道上，所述水泵变频器与注水泵电机连接。5.一种塔顶注水控制方法，其采用权利要求1
‑
4任一项所述的一种塔顶注水自动控制系统实现，其特征在于，包括如下步骤：(1)数据采集系统通过实时工艺参数获取模块、分析化验数据获取模块获取实时工艺参数数据及分析化验数据，所述实时工艺参数包括塔顶操作压力、注水点操作温度、注水水温、注水蒸汽量、塔顶注水量、塔顶排水量、塔顶油回流量、塔顶油抽出量、塔顶不凝气量；所述分析化验数据包括塔顶油密度、塔顶油馏程、塔顶不凝气组成、塔顶排水氯离子浓度、氨氮浓度、硫化物浓度；(2)数据采集系统将采集的实时工艺参数数据及分析化验数据输送至控制系统，控制系统计算注水量目标值及注水量限幅值，并通过注水量目标值和注水量限幅值确定注水量设定值，所述控制系统将塔顶注水量实测值与注水量设定值进行比较，控制注水执行系统调整塔顶注水量，同时，控制系统将注水量设定值反馈至DCS或MES系统，工作人员可从DCS或MES系统监测注水量设定值及塔顶注水量实测值。6.根据权利要求5所述的一种塔顶注水控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中确定注水量设定值的方法为：如果注水量目标值W在注水量限幅值范围内，则以注水量目标值作为注水量设定值；如果注水量目标值W大于注水量上限值W
max
，则以注水量上限值W
max
作为设定值；如果注水量目标值W小于注水量下限值W
min
，则以注水量下限值W
min
作为设定值。7.根据权利要求6所述的一种塔顶注水控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中注水量目标值W及注水量限幅值W
min
、W
max
的计算公式分别如下：注水量目标值：
W＝EW1+(1
‑
E)W2；其中，E为权重，E取0～1；W...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩磊，张艳玲，牛鲁娜，潘隆，陈文武，
申请(专利权)人：中石化安全工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：