CN103418156A

CN103418156A - 用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制系统和方法

Info

Publication number: CN103418156A
Application number: CN2013103473820A
Authority: CN
Inventors: 李振刚; 苏岳龙; 梁桂花; 黄玲; 倪华方
Original assignee: China National Bluestar Group Co Ltd
Current assignee: Lan-Star (beijing) Technology Center Co Ltd; China National Bluestar Group Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: CN103418156B

Abstract

本发明提出一种用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制系统，包括：回流罐，与精馏塔连通；执行机构，设置在回流罐的排放管路上，用于调节回流罐内馏分的回流比；压力控制器，采集精馏塔压力值，根据该压力值向信号选择器提供压力控制变量；温度控制器，采集回流罐的温度值，根据该温度值向信号选择器提供温度控制变量；信号选择器，接收压力控制变量和温度控制变量，选择其中一个来控制执行机构的开度。本发明通过将系统内的温度和压力参数与回流罐排放阀的动作相关联，根据系统内的状态实时操控排放阀的动作，避免过度排放引起的产品质量不稳定或者物料浪费。

Description

用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制系统和方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体属于化工生产的自动化控制领域。

背景技术

在化工领域，将不同比重和沸点的多种物质分离开几乎是必不可少的操作，这通常是在蒸馏塔或者分离塔中（通常是精馏塔）进行，通过加热装置向蒸馏塔供热，从塔顶输出轻馏分或者低沸点馏分，重馏分或者高沸点馏分留在塔底，从塔底分出。加热装置通常是环绕蒸馏塔部分区段（通常是下部）的盘管，盘管中流动着热媒（典型地有油、水、气体等）。为了调节供热量从而控制塔温，需要在蒸馏塔外设置一个换热器，让进入塔的热媒和出自塔的热媒在其中进行热交换。通过一个执行机构控制流进或者流出换热器的热媒的流动速度即可以调节向塔的供热强度。

控制塔顶馏分的回流比通常是借助一个回流罐和一个执行机构来实现，出自塔顶的馏分进入回流罐，然后一部分被排放至下一装置，另一部分回流至蒸馏塔。用一个执行机构来控制馏分被排放至下一装置的流出速度，进而控制回流比。

图1是本申请人在提出本申请之前已经使用的一种蒸馏塔系统的流程图。参见图1，该系统包括蒸馏塔1，加热装置通过热媒供热向蒸馏塔1供热。进入塔的热媒和出自塔的热媒在换热器3中进行热交换。第一执行机构4用于控制流进或者流出换热器3的热媒的流动速度，进而调节加热装置的供热量。回流罐2与蒸馏塔1连通，用于塔顶馏分的部分回流。执行机构5设置在回流罐2的排放管路上，用于调节回流罐内馏分的排放比。

现有技术中没有披露对回流罐的排放比的自动控制系统或方法。

发明内容

本发明的目的是实现对脱轻组分精馏系统回流装置的自动控制，使得回流装置的运行与精馏系统的内部状态相协调。

本发明提供一种用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制系统，包括：回流罐，与该精馏塔连通，用于塔顶馏分的回流；执行机构，设置在该回流罐的排放管路上，用于调节回流罐内馏分的回流比；压力控制器，其采集该脱轻组分精馏塔(优选顶部)的压力值，根据该压力值向下述信号选择器提供压力控制变量；温度控制器，其采集该回流罐的温度值，根据该温度值向下述信号选择器提供温度控制变量；信号选择器，其接收来自该压力控制器的压力控制变量和来自温度控制器的温度控制变量，通过比较二者的大小，选择其中的一个控制变量来控制该执行机构的开度。本发明通过将系统内的温度和压力参数与回流罐排放阀的动作相关联，根据系统内的状态实时操控排放阀的动作，避免过度排放引起的产品质量不稳定或者物料浪费。

优选地，该第一压力控制器采集该精馏塔中部的压力值

优选地，该温度控制器采集该回流罐入口处的温度值。

在一种优选实施方式中，该系统还包括一个间歇性信号输入接口，其将间歇性输入信号提供给该信号选择器，该信号由人工输入、实验室系统或模型计算结果得到，该信号选择器从该压力控制变量、温度控制变量和间歇性输入信号中选择一个来控制该执行机构的开度。

进一步地，该系统还包括一个计算模块，其按照下述公式计算得到该人工输入、实验室系统或模型计算结果：

结果=K*(SP-PV)+Bias

其中，K为修正系数，SP为设定值，PV为检测获得的自该回流罐排放的馏分的百分含量，Bias为智能决策因子，该因子基于热力学模型计算所得。

在一种优选实施方式中，该系统还包括阀位调节模块，其依据该信号选择器所选择的控制变量调节该执行机构的开度，该阀位调节模块还具有一个人工输入接口，接收一个人工输入界面的指令，并且在异常情况下优先执行来自该指令以人工控制执行机构的开度。

典型地，该信号选择器是高选器。

在一个典型应用例中，该轻组分是炔烃。

本发明的第三方面提供一种用于控制脱轻组分精馏塔回流比的自动控制方法，其包括下述步骤：

Step1：压力控制器根据压力设定值SP1和精馏脱炔烃塔顶压力测量值获得压力控制变量，温度控制器根据温度设定值SP2和回流罐温度值测量值获得温度控制变量；

Step2：信号选择器接收上述压力控制变量和温度控制变量，选择其中一个控制变量作为阀位控制变量传输给一个执行机构；

Step3：该执行机构接收该控制变量，调节回流罐的排放速率。进一步地，Step2还包含：

信号选择器还接收一个间歇性输入信号，该信号由人工输入、实验室系统或模型计算结果得到，从该压力控制变量、温度控制变量和间歇性输入信号中选择一个控制变量作为阀位控制变量，传输给该执行机构。

更进一步地，该自动控制方法包括下面的步骤：

Step1：压力控制器根据压力设定值SP1和精馏塔塔顶压力测量值获得压力控制变量，温度控制器根据温度设定值SP2和回流罐温度值测量值获得温度控制变量；

Step2：信号选择器从该压力控制变量、温度控制变量、和间歇性输入信号中选择其中一个，传输给一个阀位调节模块；

Step3：该阀位调节模块依据该信号选择器所选择的控制变量调节该执行机构的开度，该阀位调节模块还接收一个人工输入终端的指令，并且优先执行来该指令以控制执行机构的开度。

脱轻组分系统的自动运行对于化工产品生产具有非常重要的意义，其运行的平稳性和高效性决定着最终产品的质量和产量，本申请通过温度和压力组成超驰控制系统最大限度地保证生产自动化过程中的安全性，同时引入气体成分分析数据对烃类气体的排放量进行控制，实现卡边（即针对产品的规格要求设定相应的工艺参数，以实现产率最大化）生产，避免过度排放所造成的物料损耗。

附图说明

图1示意性示出了本申请人在先使用的的蒸馏塔系统的工作流程图；

图2是根据本发明方面的用于控制蒸馏塔回流比的自动控制系统的示意图；

图3示出本发明方面的自动控制系统的优选实施例的框图。

具体实施方式

如图2所示，根据本发明的用于控制蒸馏塔回流比的自动控制系统包括蒸馏塔1、回流罐2、可选的换热器3和第一执行机构4，回流罐2与蒸馏塔连通，用于塔顶馏分的回流。该系统还包括：执行机构5，设置在回流罐2的排放管路上，用于调节回流罐内馏分的回流比；压力控制器10，其采集蒸馏塔1（优选顶部1b）的压力值，根据该压力值向信号选择器11提供压力控制变量；温度控制器9，其采集回流罐2的温度值，根据该温度值向信号选择器11提供温度控制变量；信号选择器11，其接收来自压力控制器10的压力控制变量和来自温度控制器9的温度控制变量，通过比较二者的大小，选择其中的一个控制变量来控制执行机构5的开度。

在优选的方式中，温度控制器采集回流罐入口处2a的温度值。

现有技术采用手动控制执行机构5的外排开度，会造成蒸馏塔温度波动幅度大，严重影响产品质量的稳定性；同时手动设定阀开度不当或开阀时间太长会将本应由塔底排出的产品从塔顶放出，造成不必要的物料损耗。本发明中，由蒸馏塔塔顶压力、和塔顶进入回流罐入口温度组成超驰控制回路控制外排量。压力控制器和温度控制器两路信号被输入信号选择器11，信号选择器11根据两路输入信号大小比较的结果自动选择由哪一个控制变量参与最终控制。通过设置，使得正常情况下，响应塔顶进入回流罐入口温度的温度控制器11的输出变量被选择用来控制执行机构；当蒸馏塔遇到异常情况，塔顶压力过高时，信号选择器选择将压力控制器输出的控制变量作为控制执行机构11的控制变量，即将外排量切换至由塔顶部压力控制，从而保证在异常情况下装置的安全运行。

在优选的方式中，该自动控制系统还包括一个间歇性信号输入接口13，通过该接口间歇性地将输入信号提供给信号选择器11，信号选择器11从压力控制变量、温度控制变量和间歇性输入信号中选择一个控制变量来控制执行机构的开度。在典型的实施方式中，该间歇性输入信号是基于实验室化验结果的非实时数据，例如每隔数小时对回流罐外排出的组分或者自蒸馏塔底排出的组分进行分析，得到组分的百分含量信息，然后基于该含量信息产生人工输入值，反馈给信号选择器11。这是为了防止待分离的轻组分在回流罐中累积过多，而影响最终产品的质量。输入频次取决于对组分进行化验的频次，这由工艺要求所决定。

在前一段该的实施方式的情况下，该自动控制系统还可以包括一个计算模块，其按照下述公式计算得到人工输入值：

人工输入值=K*(SP-PV)+Bias

在上述公式中，K为修正系数，SP为设定值，PV为检测获得的自回流罐排放的馏分的百分含量，Bias为智能决策因子，该因子基于热力学模型计算所得。

在本发明的典型实施方式中，采用高选器，高选器根据两路或者三路输入大小比较的结果自动选择由数值较高的控制变量参与最终控制。在这种情况下，常规工作状态下，可以通过设定，使得由响应回流罐温度的温度控制器输出的温度控制变量总为大，该变量被选择用来控制执行机构5的开度；当蒸馏塔遇到异常情况，塔顶压力控制器输出过高时，高选器自动将外排量切换至由塔顶部压力控制，从而保证在异常情况下装置的安全运行。

作为优选方式，本发明的自动控制系统还包括一个阀位调节模块，其依据信号选择器所选择的控制变量调节执行机构5的开度，阀位调节模块还具有一个人工输入接口，接收人工输入终端的指令，并且优先执行来自人工输入终端的指令以控制执行机构的开度。该模块为该系统出现异常状况时提供了应急处理入口，以便在系统运行异常，需要人工干预时，优先执行操作人员在该人工输入终端的指令。

图3示出本发明的自动控制系统的优选实施例的框图。图中SP1、SP2、SP分别为针对压力控制器、温度控制器、人工输入值的设定值。虚线部分框起的部分代表上述计算模块。

本发明中，上述压力控制器10和温度控制器9可以各自是一个数据处理模块，其各自根据一个设定值和来自压力传感器或者温度传感器的测量值进行运算，得到动态的、取值范围在0～100%之间的百分比值，将该数值传输给信号选择器11。信号选择器可以是高选器或者低选器。

本发明还涉及一种用于控制蒸馏塔回流比的自动控制方法，包括下述步骤：

Step1：压力控制器根据压力设定值SP1和蒸馏塔顶压力测量值获得压力控制变量，温度控制器根据温度设定值SP2和回流罐温度值测量值获得压力控制变量；

Step3：执行机构接收控制变量，调节回流罐的排放速率。

Step2中还可以包含：信号选择器接收人工输入变量，从压力控制变量、温度控制变量和该人工输入变量中选择一个控制变量作为阀位控制变量，传输给一个执行机构。

进一步地，该自动控制方法包含以下步骤：

Step1：压力控制器根据压力设定值SP1和蒸馏塔顶压力测量值获得压力控制变量，温度控制器根据温度设定值SP2和回流罐温度值测量值获得温度控制变量，信号选择器间歇性地接收人工输入变量；

Step2：信号选择器从该压力控制变量、温度控制变量、和人工输入变量中选择一个控制变量，传输给一个阀位调节模块；

Step3：该阀位调节模块依据该信号选择器所选择的控制变量，调节执行机构的开度，该阀位调节模块还间歇性地接收一个人工输入终端的指令，并且优先执行来自人工输入终端的指令以控制执行机构的开度。

以上结合具体实施例阐述了本发明的构思，对于本领域的技术人员来说，对前述实施例和某些技术细节可以有各种更改和变化，而无需做出创造性劳动。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制系统，包括：

回流罐（2），与所述精馏脱炔烃塔连通，用于塔顶馏分的回流；

执行机构（5），设置在所述回流罐（2）的排放管路上，用于调节回流罐内馏分的回流比，

其特征在于，所述自动控制系统还包括：

压力控制器（10），其采集所述脱轻组分精馏塔顶部的压力值，根据该压力值向下述信号选择器（11）提供压力控制变量；

温度控制器（9），其采集所述回流罐的温度值，根据该温度值向下述信号选择器（11）提供温度控制变量；

信号选择器（11），其接收来自所述压力控制器（10）的压力控制变量和来自温度控制器（9）的温度控制变量，通过比较二者的大小，选择其中的一个控制变量来控制所述执行机构（5）的开度。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述温度控制器（9）采集所述回流罐入口处的温度值。

3.根据权利要求2所述的自动控制系统，其特征在于，还包括一个间歇性信号输入接口，其将间歇性输入信号提供给所述信号选择器（11），该信号由人工输入、实验室系统或模型计算结果得到，所述信号选择器（11）从所述压力控制变量、温度控制变量和间歇性输入信号中选择一个来控制所述执行机构（5）的开度。

4.根据权利要求3所述的自动控制系统，其特征在于，还包括一个计算模块，其按照下述公式计算得到所述人工输入、实验室系统或模型计算结果：

结果=K*(SP-PV)+Bias

其中，K为修正系数，SP为设定值，PV为检测获得的自所述回流罐排放的馏分的百分含量，Bias为智能决策因子，该因子基于热力学模型计算所得。

5.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，还包括阀位调节模块，其依据所述信号选择器（11）所选择的控制变量调节所述执行机构（5）的开度，所述阀位调节模块还具有一个人工输入接口，接收一个人工输入界面的指令，并且在异常情况下优先执行来自该指令以人工控制执行机构的开度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的自动控制系统，其特征在于，所述信号选择器（11）是高选器。

7.根据权利要求1至5任一项所述的自动控制系统，其特征在于，所述压力控制器（10）采集所述脱轻组分精馏塔顶部的压力值。

8.一种用于控制脱轻组分精馏塔回流的自动控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

Step3：所述执行机构接收所述控制变量，调节回流罐的排放速率。

9.根据权利要求8所述的自动控制方法，其特征在于，Step2还包含：

信号选择器还接收一个间歇性输入信号，该信号由人工输入、实验室系统或模型计算结果得到，从所述压力控制变量、温度控制变量和间歇性输入信号中选择一个控制变量作为阀位控制变量，传输给所述执行机构。

10.根据权利要求9所述的自动控制方法，其特征在于，

Step2：信号选择器从所述压力控制变量、温度控制变量、和间歇性输入信号中选择其中一个，传输给一个阀位调节模块；

Step3：所述阀位调节模块依据所述信号选择器所选择的控制变量调节所述执行机构的开度，所述阀位调节模块还接收一个人工输入终端的指令，并且优先执行来该指令以控制执行机构的开度。