CN108926866A - 一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统，其中的方法包括：根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；以及，根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。本发明能够准确且全面地对用于化工生产中精馏系统进行优化控制，能够帮助化工企业在生产过程中实现精馏系统的全自动平稳操作，极大地降低了精馏系统的能耗，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

Description

一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统。

背景技术

在化工生产过程中，精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏塔供气液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸汽得到部分冷凝，部分凝液作为回流液返回塔顶，其余馏出液是塔顶产品；位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液体作为塔底产品；进料加在塔的中部，进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸汽和下塔段来的蒸汽一起沿塔上升。在整个精馏塔中，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用。

图1示出了现有技术中化工企业精馏塔的控制方案，常规进料流量、回流量、产品出料量和加热量均采用单回路控制。控制方案和操作虽然简单，例如：在操作过程中通常给定系统最大回流量和加热量，没有与进料量联动则会造成系统导热油或蒸汽单耗高；且由于进料组分的实时波动，简单地给定系统进料量设定值无法保证达到最大负荷，装置产能无法得到充分释放。

因此，如何设计一种能够使得精馏系统的产能得到充分利用的精馏系统优化方法，是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统，该方法及系统能够准确且全面地对用于化工生产中精馏系统进行优化控制，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法，包括：

根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；

根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；

以及，根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

进一步的，所述根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制，之前包括：

在精馏系统中的回流罐与精馏塔体之间设置回流量调节执行机构，以及，在精馏系统中的回流罐和出料口之间设置塔顶出料执行机构；其中，所述回流罐和塔顶出料口依次连接设置在所述精馏塔体的塔顶的同侧。

进一步的，所述根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制，包括：

根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定所述塔顶出料执行机构的输入值；

根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，其中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接；

根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，其中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处；

以及，根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。

进一步的，所述根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定塔顶出料执行机构的输入值，包括：

根据预设的精馏系统侧线密度参数和测量得到的侧线密度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料流量自动控制器输入值；

测量得到所述塔顶出料流量测量值；

以及，根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料执行机构的输入值。

进一步的，所述根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，包括：

根据预设的精馏系统液位参数和测量得到的液位测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量自动控制器输入值；

测量得到所述产品出料流量测量值；

以及，根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量执行机构的输入值。

进一步的，所述根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，包括：

测量得到的进料组分测量值及进料流量测量值；

将进料组分测量值折算为与精馏系统的负荷对应的进料组分自动控制器输入值；

根据预设的精馏系统最大负荷参数和所述进料组分自动控制器输入值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料流量自动控制器输入值；

以及，根据所述进料流量自动控制器输入值和所述进料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料执行机构的输入值。

进一步的，所述根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制，包括：

将所述进料组分测量值折算为所述精馏系统的回流量自动控制器初始输入值；

对所述回流量自动控制器初始输入值进行移动平均滤波，得到回流量自动控制器输入值；

测量得到所述精馏系统的回流量测量值；

根据回流量自动控制器输入值和回流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取回流量调节执行机构的输入值；

以及，根据所述回流量调节执行机构的输入值，对所述精馏系统的回流量进行实时优化控制。

进一步的，所述根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制，包括：

分别测量得到所述换热器的热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值；

根据所述回流量调节执行机构、热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量控制器输入值；

测量得到所述换热器的热媒出口流量测量值；

根据换热器流量控制器输入值和热媒出口流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量调节机构的输入值，其中，所述换热器流量调节机构设置在与所述精馏塔体连接的换热器上；

以及，根据所述换热器流量调节机构的输入值，对所述精馏系统的换热器流量进行实时优化控制。

另一方面，本发明还提供了一种用于化工生产中精馏系统的优化控制系统，包括：

塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块，用于根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；

回流量优化控制模块，用于根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；

换热器流量优化控制模块，用于根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

进一步的，所述塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块，包括：

塔顶出料执行机构的输入值获取单元，用于根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定塔顶出料执行机构的输入值；

产品出料流量执行机构的输入值获取单元，用于根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，其中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接；

进料执行机构的输入值获取单元，用于根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，其中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处；

优化控制单元，用于根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法及系统，其中的方法包括：根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；以及，根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。本发明能够准确且全面地对用于化工生产中精馏系统进行优化控制，能够帮助化工企业在生产过程中实现精馏系统的全自动平稳操作，极大地降低了精馏系统的能耗，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的用于化工生产的精馏系统常规控制方法的示意图。

图2是本发明的一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法的流程示意图。

图3是本发明的优化控制方法中步骤100的流程示意图。

图4是本发明的优化控制方法中步骤101的流程示意图。

图5是本发明的优化控制方法中步骤102的流程示意图。

图6是本发明的优化控制方法中步骤103的流程示意图。

图7是本发明的优化控制方法中步骤200的流程示意图。

图8是本发明的优化控制方法中步骤300的流程示意图。

图9是本发明的用于化工生产中精馏系统的优化控制方法的应用实例的流程示意图。

图10是本发明的优化控制方法具体应用在精馏系统中的举例示意图。

图11是本发明的一种用于化工生产中精馏系统的优化控制系统的结构示意图。

图12是本发明的一种用于化工生产中精馏系统的优化控制的装置的结构示意图。

图13是本发明的应用装置实现精馏系统的优化控制的举例中的效果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一公开了一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法的一种具体实施方式，参见图2，该优化控制方法具体包括如下内容：

步骤100：根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制。

在上述步骤中，用于化工生产中精馏系统包括精馏塔体、与精馏塔体内液体腔连接设置且用于控制液体腔的液体出料的产品出料流量执行机构、设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处且用于控制精馏塔体的进料流量的进料执行机构、以及置在与所述精馏塔体连接的换热器上且用于调节换热器流量的换热器流量调节机构；在以上的基础上，还增加了回流量调节执行机构和塔顶出料执行机构，在精馏系统中的回流罐与精馏塔体之间设置回流量调节执行机构，以及，在精馏系统中的回流罐和出料口之间设置塔顶出料执行机构；其中的所述回流罐和塔顶出料口依次连接设置在所述精馏塔体的塔顶的同侧；也就是说，针对本申请需要调节的机构一共有五个，分别是产品出料流量执行机构、进料执行机构、换热器流量调节机构、回流量调节执行机构和塔顶出料执行机构；而由于对回流量调节执行机构的调节需要通过进料执行机构的调节输出值过程中的中间值，换热器流量调节机构的调节需要基于回流量调节执行机构的优化控制结果，因此，首先对塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制，而后对精馏系统的回流量进行优化控制，即后续步骤200，再对精馏系统的换热器流量进行优化控制，及后续步骤300。

步骤200：根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制。

步骤300：根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的技术方案给出了一种能够准确且全面地对用于化工生产中精馏系统进行优化控制，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，使得精馏系统的产能得到充分释放。

本发明的实施例二公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤100的一种具体实施方式，参见图3，该步骤100具体包括如下内容：

步骤101：根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定所述塔顶出料执行机构的输入值。

步骤102：根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值。

在步骤102中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接。

步骤103：根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值。

在步骤103中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处。

在上述步骤中，步骤101至103的操作顺序根据实际应用情况可以设置为任意的组合执行顺序，也可以同时进行。

步骤104：根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。

从上述描述可知，本发明的实施例实现了对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量的准确且可靠的优化控制。

本发明的实施例三公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤101的一种具体实施方式，参见图4，该步骤101具体包括如下内容：

步骤101a：根据预设的精馏系统侧线密度参数和测量得到的侧线密度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料流量自动控制器输入值。

步骤101b：测量得到所述塔顶出料流量测量值。

步骤101c：根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料执行机构的输入值。

从上述描述可知，本发明的实施例给出了获取所述塔顶出料执行机构的输入值的具体实现方式，其获取过程快速且准确，为对塔顶出料的调节控制提供了准确的数据基础。

本发明的实施例四公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤102的一种具体实施方式，参见图5，该步骤102具体包括如下内容：

步骤102a：根据预设的精馏系统液位参数和测量得到的液位测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量自动控制器输入值。

步骤102b：测量得到所述产品出料流量测量值。

步骤102c：根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量执行机构的输入值。

从上述描述可知，本发明的实施例给出了获取所述产品出料流量执行机构的输入值的具体实现方式，其获取过程快速且准确，为对产品出料流量的调节控制提供了准确的数据基础。

本发明的实施例五公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤103的一种具体实施方式，参见图6，该步骤103具体包括如下内容：

步骤103a：测量得到的进料组分测量值及进料流量测量值；

步骤103b：将进料组分测量值折算为与精馏系统的负荷对应的进料组分自动控制器输入值；

步骤103c：根据预设的精馏系统最大负荷参数和所述进料组分自动控制器输入值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料流量自动控制器输入值；

步骤103d：根据所述进料流量自动控制器输入值和所述进料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料执行机构的输入值。

从上述描述可知，本发明的实施例给出了获取所述进料执行机构的输入值的具体实现方式，其获取过程快速且准确，为对进料流量的调节控制提供了准确的数据基础。

本发明的实施例六公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤200的一种具体实施方式，参见图7，该步骤200具体包括如下内容：

步骤201：将所述进料组分测量值折算为所述精馏系统的回流量自动控制器初始输入值。

步骤202：对所述回流量自动控制器初始输入值进行移动平均滤波，得到回流量自动控制器输入值。

步骤203：测量得到所述精馏系统的回流量测量值。

步骤204：根据回流量自动控制器输入值和回流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取回流量调节执行机构的输入值。

步骤205：根据所述回流量调节执行机构的输入值，对所述精馏系统的回流量进行实时优化控制。

从上述描述可知，本发明的实施例能够根据进料组分测量值，快速且准确地对精馏系统的回流量进行优化控制，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

本发明的实施例七公开了上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中步骤300的一种具体实施方式，参见图8，该步骤300具体包括如下内容：

步骤301：分别测量得到所述换热器的热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值；

步骤302：根据所述回流量调节执行机构、热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量控制器输入值；

步骤303：测量得到所述换热器的热媒出口流量测量值；

步骤304：根据换热器流量控制器输入值和热媒出口流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量调节机构的输入值。

在步骤304中，所述换热器流量调节机构设置在与所述精馏塔体连接的换热器上；

步骤305：根据所述换热器流量调节机构的输入值，对所述精馏系统的换热器流量进行实时优化控制。

从上述描述可知，本发明的实施例能够根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，快速且准确地对精馏系统的换热器流量进行优化控制，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

为进一步的说明本方案，本发明还提供了一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法的应用实例，参见图9，该优化控制方法具体包括如下内容：

1-1、用于精馏系统塔顶出料控制的系统侧线密度设定步骤，根据工艺要求设定精馏系统侧线密度SV1；

1-2、用于精馏系统塔顶出料控制的系统侧线密度测量步骤，测量精馏系统实际侧线密度值PV8；

1-3、用于精馏系统塔顶出料控制的系统侧线密度自动控制步骤，根据所设定的精馏系统侧线密度SV1和所测得的实际侧线密度值PV8，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV8作为塔顶出料流量自动控制器输入；

1-4、用于精馏系统塔顶出料控制的塔顶出料流量测量步骤，测量精馏系统塔顶出料流量PV7；

1-5、用于精馏系统塔顶出料控制的塔顶出料流量自动控制步骤，根据输入CV8和所测得的实际塔顶出料流量PV7，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV9作为流量执行机构5输入；

1-6、用于精馏系统塔顶出料控制的塔顶出料流量调节执行步骤，控制所述塔顶出料流量F5的调节阀，即执行机构5，使其开度与输入CV9相符。

2-1、用于精馏系统产品出料控制的系统液位设定步骤，根据工艺要求设定精馏系统液位SV2；

2-2、用于精馏系统产品出料控制的系统液位测量步骤，测量精馏系统实际液位值PV6；

2-3、用于精馏系统产品出料控制的系统液位自动控制步骤，根据所设定的精馏系统液位SV2和所测得的实际液位值PV6，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV4作为产品流量自动控制器输入；

2-4、用于精馏系统产品出料控制的产品流量测量步骤，测量精馏系统产品实际流量PV5；

2-5、用于精馏系统产品出料控制的产品流量自动控制步骤，根据输入CV4和所测得的产品实际流量值PV5，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV5作为流量执行机构2输入；

2-6、用于精馏系统产品出料控制的产品流量调节执行步骤，控制所述产品流量F2的调节阀，即执行机构2，使其开度与输入CV5相符。

3-1、用于精馏系统进料量控制的系统最大负荷设定步骤，根据工艺要求设定精馏系统最大负荷SV3；

3-2、用于精馏系统进料量控制的系统进料组分测量步骤，测量精馏系统进料组分PV1；

3-3、用于精馏系统进料量控制的进料量测量步骤，测量精馏系统实际进料量PV12；

3-4、用于精馏系统进料量控制的系统进料组分折算步骤，K1＝PV12/PV1，根据进料组分折算为与系统负荷对应的进料组分自动控制器测量输入PV11，PV11＝K1；

3-5、用于精馏系统进料量控制的系统进料组分自动控制步骤，根据系统最大负荷设定值SV3和测量输入PV11，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV11作为进料量自动控制器输入；

3-6、用于精馏系统进料量控制的系统进料量自动控制步骤，根据输入CV11和所测得的实际进料量PV1，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV12作为流量执行机构4输入；

3-7、用于精馏系统进料量控制的系统进料量调节执行步骤，控制所述进料量F4的调节阀，即执行机构4，使其开度与输入CV12相符。

4-1、用于精馏系统回流量控制的系统进料组分折算步骤，K2＝PV12/(1-PV1)，根据进料组分折算为控制系统回流量控制器所需设定值；

4-2、用于精馏系统回流量控制的移动平均滤波步骤，CV1＝Filter(PV12/(1-PV1))，将根据进料组分折算后的回流量控制器所需设定值进行移动平均滤波，作为回流量控制器的最终设定值；

4-3、用于精馏系统回流量控制的系统回流量测量步骤，测量精馏系统实际回流量PV9；

4-4、用于精馏系统回流量控制的系统回流量自动控制步骤，根据输入CV1和所测得的实际回流量PV9，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV10作为流量执行机构3输入；

4-5、用于精馏系统回流量控制的系统回流量调节执行步骤，控制所述回流量F3的调节阀，即执行机构3，使其开度与输入CV10相符。

5-1、用于精馏系统换热器热媒流量控制的换热器热媒出入口温度测量步骤，测量精馏系统换热器热媒出入口温度PV2和PV3；

5-2、用于精馏系统换热器热媒流量控制的温差自动控制步骤，根据输入CV10和所测得的实际出入口温度PV2和PV3，温差＝PV2-PV3，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV2作为流量控制器输入；

5-3、用于精馏系统换热器热媒流量控制的换热器热媒出口流量测量步骤，测量精馏系统换热器热媒出口实际流量值PV4；

5-4、用于精馏系统换热器热媒流量控制的换热器热媒出口流量自动控制步骤，根据输入CV2和所测得的换热器热媒出口实际流量值PV4，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV3作为流量执行机构1输入；

5-5、用于精馏系统换热器热媒流量控制的换热器热媒流量调节执行步骤，控制所述换热器流量F1的调节阀，即执行机构1，使其开度与输入CV3相符。

6、和运行结果显示步骤，用于实时动态显示精馏系统设定值、实际测量值和执行机构开度。

在一种具体举例中，如图10所示，根据工艺要求设定精馏系统侧线密度SV1；测量精馏系统实际侧线密度值PV8；根据所设定的精馏系统侧线密度SV1和所测得的实际侧线密度值PV8，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV8作为塔顶出料流量自动控制器输入；测量精馏系统塔顶出料流量PV7；根据输入CV8和所测得的实际塔顶出料流量PV7，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV9作为流量执行机构5输入；控制所述塔顶出料流量F5的调节阀，即执行机构5，使其开度与输入CV9相符。用于精馏系统产品出料的控制方法：根据工艺要求设定精馏系统液位SV2；测量精馏系统实际液位值PV6；根据所设定的精馏系统液位SV2和所测得的实际液位值PV6，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV4作为产品流量自动控制器输入；测量精馏系统产品实际流量PV5；根据输入CV4和所测得的产品实际流量值PV5，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV5作为流量执行机构2输入；控制所述产品流量F2的调节阀，即执行机构2，使其开度与输入CV5相符。用于精馏系统进料量的控制方法：根据工艺要求设定精馏系统最大负荷SV3；测量精馏系统进料组分PV1；测量精馏系统实际进料量PV12；根据进料组分折算为与系统负荷对应的进料组分自动控制器测量输入PV11＝K1＝PV12/PV1；据系统最大负荷设定值SV3和测量输入PV11，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV11作为进料量自动控制器输入；根据输入CV11和所测得的实际进料量PV1，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV12作为流量执行机构4输入；控制所述进料量F4的调节阀，即执行机构4，使其开度与输入CV12相符。用于精馏系统回流量的控制方法：根据进料组分折算为控制系统回流量控制器所需设定值K2＝PV12/(1-PV1)；将根据进料组分折算后的回流量控制器所需设定值进行移动平均滤波，作为回流量控制器的最终设定值CV1＝Filter(PV12/(1-PV1))；测量精馏系统实际回流量PV9；根据输入CV1和所测得的实际回流量PV9，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV10作为流量执行机构3输入；控制所述回流量F3的调节阀，即执行机构3，使其开度与输入CV10相符。用于精馏系统换热器热媒流量的控制方法：测量精馏系统换热器热媒出入口温度PV2和PV3；根据输入CV10和所测得的实际出入口温度PV2和PV3，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV2作为流量控制器输入；测量精馏系统换热器热媒出口实际流量值PV4；根据输入CV2和所测得的换热器热媒出口实际流量值PV4，通过闭环反馈控制算法，计算得到CV3作为流量执行机构1输入；控制所述换热器流量F1的调节阀，即执行机构1，使其开度与输入CV3相符。实时动态显示精馏系统设定值、实际测量值和执行机构开度。

通常情况下，在实施本发明时，上述步骤均在分布式控制系统(DCS)中完成。根据化工企业实际生产工艺要求输入精馏系统侧线密度、液位和最大负荷的设定值后，当自动检测到系统进料组分发生波动后，最为关键的一步是通过反馈控制算法改变系统进料、回流流量和热媒流量，引入组分波动检测使得系统能够适时对扰动量做出响应并将系统始终稳定在最大生产负荷，系统回流量和热媒流量根据进料量进行实时调整，保证系统运行在能耗最低的最优状态；同时，基于侧线密度测量结果通过反馈控制算法改变塔顶出料使得其稳定在设定值；同时，当液位达到设定值后产品完成自动最优出料控制。综上所述，最终完成整个精馏系统动态平衡的建立。

从上述描述可知，本发明能够帮助化工企业在生产过程中实现精馏系统的全自动平稳操作，克服了常规控制方法基于固定回流量和加热量设定值下导热油或蒸汽单耗高的操作难题，极大地降低了精馏系统的能耗；同时克服了由于成分波动造成的精馏系统无法稳定工作在最大负荷的问题，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

本发明的实施例八公开了能够实现上述用于化工生产中精馏系统的优化控制方法中的全部步骤的一种用于化工生产中精馏系统的优化控制系统的一种具体实施方式，参见图11，该优化控制系统具体包括如下内容：

塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块10，用于根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制。

在塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块10，中，其还包括：

塔顶出料执行机构的输入值获取单元11，用于根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定塔顶出料执行机构的输入值。

产品出料流量执行机构的输入值获取单元12，用于根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，其中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接。

进料执行机构的输入值获取单元13，用于根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，其中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处。

优化控制单元14，用于根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。

回流量优化控制模块20，用于根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制。

换热器流量优化控制模块30，用于根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

从上述描述可知，本发明的实施例提供的优化控制系统能够帮助化工企业在生产过程中实现精馏系统的全自动平稳操作，克服了常规控制方法基于固定回流量和加热量设定值下导热油或蒸汽单耗高的操作难题，极大地降低了精馏系统的能耗；同时克服了由于成分波动造成的精馏系统无法稳定工作在最大负荷的问题，实现了化工生产中精馏系统的运行可靠性和高效性，进而能够最大限度地降低精馏系统的能耗并增加精馏系统的产能。

为更进一步的说明本方案，本发明还提供了一种能够实现上述用于化工生产中精馏系统的优化控制的装置，参见图12，所述优化控制的装置具体包括如下内容：

系统测量模块，包括用于测量精馏系统的侧线密度(PV8)、塔顶出料流量(PV7)、液位(PV6)、产品流量(PV5)、进料组分(PV1)、进料量(PV12)、回流量(PV9)、换热器热媒出入口温度(PV2和PV3)、换热器热媒出口流量(PV4)。

系统设定模块，包括用于设定精馏系统的侧线密度(SV1)、液位(SV2)和最大负荷(SV3)。

系统折算模块，用于根据工艺要求将精馏系统测量值折算为控制模块所需的输入变量。

系统滤波模块，用于根据工艺要求将精馏系统折算模块K2的输出进行移动平均滤波，滤波后CV1为控制模块所需的最终输入变量；

系统控制模块，用于根据精馏系统设定模块得到的设定值和测量模块得到的测量值，通过闭环反馈控制算法，计算得到控制器输出值；

系统执行模块，用于控制执行机构，使其开度与控制器输出值相符。

系统显示模块，用于动态显示精馏系统设定值、实际测量值和执行机构开度实时数据。

进一步地，上述测量模块，其测量结将输出至反馈控制算法模块，用于建立新的动态平衡。

更进一步地，上述折算模块，系统进料组分折算模块K1，输出值K1＝PV12/PV 1＝PV11；系统回流量设定值折算模块K2，输出值K2＝PV12/(1-PV 1)。

更进一步地，上述滤波模块，该模块输出CV1＝Filter(PV12/(1-PV1))。

更进一步地，上述控制模块，通过调节反馈控制算法中的比例、积分和微分相关参数，使得测量值达到设定值并建立动态平衡。

更进一步地，上述执行模块，通过将反馈控制算法模块的计算结果转化为被现场调节阀所接受的电信号，现场调节阀接收到该信号后给出相应的阀开度从而保证满足工艺要求的设定值。

上述精馏系统测量模块、设定模块、折算模块、滤波模块、控制模块、执行模块和运行结果显示模块，均基于分布式控制系统实现相关功能。

在一种具体的举例中，用于化工生产精馏系统的优化控制方法和装置在化工企业中的实际应用和所取得的效果如图13所示。

在生产负荷达标的情况下，每小时可节约3544300KJ的热量，Q＝cmΔT＝2.68*230*1000*50*0.115＝3544300KJ，每立方天然气产生35.8MJ的热量，每立方天然气3.2元，根据每年开车8000小时计算，每年可节约：8000*3.2*3544300/35800＝253.45万元。

本发明可在DCS系统中实现实时获取精馏系统测量值，从而在DCS系统中实现基于反馈控制算法的系统进料量控制、回流量控制、热媒流量控制、塔顶出料量控制和液位控制，本实施例可达到在进料组分波动情况时系统最大负荷状态下的最佳能耗水平生产，其过程不再需要任何人工干预。进一步地，还可在DCS系统中实现系统设定值、实际测量值和执行机构开度值变化趋势的实时跟踪显示。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、单元、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、单元、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明的范围。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于化工生产中精馏系统的优化控制方法，其特征在于，包括：

根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；

根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；

以及，根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制，之前包括：

在精馏系统中的回流罐与精馏塔体之间设置回流量调节执行机构，以及，在精馏系统中的回流罐和出料口之间设置塔顶出料执行机构；其中，所述回流罐和塔顶出料口依次连接设置在所述精馏塔体的塔顶的同侧。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制，包括：

根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定所述塔顶出料执行机构的输入值；

根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，其中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接；

根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，其中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处；

以及，根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定塔顶出料执行机构的输入值，包括：

根据预设的精馏系统侧线密度参数和测量得到的侧线密度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料流量自动控制器输入值；

测量得到所述塔顶出料流量测量值；

以及，根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述塔顶出料执行机构的输入值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，包括：

根据预设的精馏系统液位参数和测量得到的液位测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量自动控制器输入值；

测量得到所述产品出料流量测量值；

以及，根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述产品出料流量执行机构的输入值。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，包括：

测量得到的进料组分测量值及进料流量测量值；

将进料组分测量值折算为与精馏系统的负荷对应的进料组分自动控制器输入值；

根据预设的精馏系统最大负荷参数和所述进料组分自动控制器输入值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料流量自动控制器输入值；

以及，根据所述进料流量自动控制器输入值和所述进料流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取所述进料执行机构的输入值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制，包括：

将所述进料组分测量值折算为所述精馏系统的回流量自动控制器初始输入值；

对所述回流量自动控制器初始输入值进行移动平均滤波，得到回流量自动控制器输入值；

测量得到所述精馏系统的回流量测量值；

根据回流量自动控制器输入值和回流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取回流量调节执行机构的输入值；

以及，根据所述回流量调节执行机构的输入值，对所述精馏系统的回流量进行实时优化控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制，包括：

分别测量得到所述换热器的热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值；

根据所述回流量调节执行机构、热媒出口温度测量值及热媒入口温度测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量控制器输入值；

测量得到所述换热器的热媒出口流量测量值；

根据换热器流量控制器输入值和热媒出口流量测量值，并基于闭环反馈控制算法，获取换热器流量调节机构的输入值，其中，所述换热器流量调节机构设置在与所述精馏塔体连接的换热器上；

以及，根据所述换热器流量调节机构的输入值，对所述精馏系统的换热器流量进行实时优化控制。

9.一种用于化工生产中精馏系统的优化控制系统，其特征在于，包括：

塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块，用于根据各流量自动控制器输入值与对应的流量测量值，分别对精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行优化控制；

回流量优化控制模块，用于根据进料组分测量值，对精馏系统的回流量进行优化控制；

换热器流量优化控制模块，用于根据回流量的优化控制结果及换热器出入口温度测量值和热媒流量测量值，对精馏系统的换热器流量进行优化控制。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量优化控制模块，包括：

塔顶出料执行机构的输入值获取单元，用于根据塔顶出料流量自动控制器输入值和塔顶出料流量测量值确定塔顶出料执行机构的输入值；

产品出料流量执行机构的输入值获取单元，用于根据产品出料流量自动控制器输入值和产品出料流量测量值确定产品出料流量执行机构的输入值，其中，所述产品出料流量执行机构与所述精馏塔体中的液体腔连接；

进料执行机构的输入值获取单元，用于根据进料流量自动控制器输入值、进料组分测量值和进料流量测量值确定进料执行机构的输入值，其中，所述进料执行机构设置在所述精馏塔体的塔顶的进料口处；

优化控制单元，用于根据所述塔顶出料执行机构的输入值、产品出料流量执行机构的输入值和进料执行机构的输入值，对所述精馏系统的塔顶出料流量、产品出料流量及进料流量进行实时优化控制。