CN113856234A - 一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工精馏技术领域，公开了一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法。本发明在工作过程中，不会改变原有甲醇精馏装置的控制回路，仅仅是实现甲醇精馏装置回收塔底水超低排放的操作，能够根据各参数的变化趋势提前进行工况判断，从而克服了原有人工操作的滞后调节或者过度调节，实现了甲醇精馏装置回收塔底水超低排放的自动化和智能化控制。
Description
技术领域
本发明涉及化工精馏技术领域，具体涉及一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法。
背景技术
四塔流程甲醇精馏工艺主要包含预精馏塔、加压塔、常压塔和甲醇回收塔。其中，加压塔和常压塔双效精馏，主要目的在于降低热能消耗。相比一般的三塔流程，四塔流程既能确保精甲醇产品纯度，又有利于提高甲醇回收率。甲醇精馏装置处理的物料主要有甲醇和水，同时含有少量的不凝气及高沸物。加压塔和常压塔之间组成双效精馏增加了装置的复杂性。
在实际运行过程中，精馏过程是一个多变量、较强耦合的复杂控制过程，受各种因素影响，上下游及公用工程工序都会发生不同程度的波动，必然导致回收塔液位出现波动，底水含醇量波动较大。目前回收塔底水采出量根据人工分析数据和经验进行调节，具有滞后性，通常会出现过调或者调节不及时的现象，从会而出现系统参数波动，造成回收塔底水含醇量超标。
发明内容
为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法。由智能控制器代替操作工对甲醇精馏装置控制系统进行操作，克服了源于操作员和DCS系统本身基于反馈的控制方式的滞后或者过度调节而引起的系统波动和能量浪费的问题，同时实现了无人智能化操作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，包含以下步骤：
步骤1：智能控制系统通过DCS系统读取预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔中各温度点的温度，通过智能控制系统压力矫正温度软测量仪表得到压力校正后的温度并显示在智能控制系统操作界面；
步骤2：设定预精馏塔粗甲醇进料，同时在智能控制系统操作界面进行预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔参数设定；
步骤3：智能控制系统根据步骤2中温度参数设定进行预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量设定，通过DCS系统对甲醇精馏装置预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量进行控制。
进一步的，步骤2中设定的参数包含粗甲醇进料量、预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔进料量、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度。
进一步的，所述预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度为步骤1中矫正后的温度。
进一步的，所述压力矫正温度软测量仪是对预精馏塔、加压塔、常压塔和甲醇回收塔内成分分布进行建模得到，经过矫正后的温度代表测温点的成分组成。
进一步的，所述智能控制系统通过OPC服务器与DCS系统进行信息交换，由DCS读取并储存操作变量和控制变量的实时运行数据，智能控制系统通过OPC服务器读取上述信息并储存在智能控制系统数据库。
进一步的，所述控制变量包括预精馏塔塔顶温度、预精馏塔回流温度、预精馏塔塔底温度、预精馏塔塔中温度、预精馏塔进料量、加压塔顶部采出比例、加压塔上部温度、加压塔中部温度、加压塔底部温度、加压塔塔釜液位阀、常压塔中部温度、常压塔顶部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔中部温度、回收塔顶部温度、回收塔底部温度、回收塔塔顶压力。
进一步的，所述操作变量包括预精馏塔蒸汽流量、加压塔进料流量、常压塔回流量、加压塔蒸汽流量、常压塔塔釜液位、常压塔回流流量、回收塔回流量、回收塔蒸汽流量。
进一步的，所述操作变量和被控变量，在智能控制系统的控制范围小于等于DCS系统的设定值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以PID控制为基础，在实施过程中不需要改变原有DCS中的任何设定及控制回路，通过对加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量等操作变量的合理控制，实现在生产过程中回收塔液位的平稳和底水含醇量超低排放。
附图说明
图1是智能控制系统压力矫正温度软测量仪表工作流程图；
图2是甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制工作流程框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合附图和具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
实施例1
参考图1和图2，一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，具体步骤如下：
步骤1：智能控制系统通过DCS系统读取预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔中各温度点的温度，通过智能控制系统压力矫正温度软测量仪表得到压力校正后的温度并显示在智能控制系统操作界面；
步骤2：设定预精馏塔粗甲醇进料（梯度变化），同时在智能控制系统操作界面进行预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔参数设定；设定的参数包含粗甲醇进料量、预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔进料量、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度。所述预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度为步骤1中矫正后的温度。
步骤3：智能控制系统根据步骤2中温度参数设定进行预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量设定，通过DCS系统对甲醇精馏装置预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量进行控制，将操作变量控制在上述设定范围内，使塔温度等控制变量参数甲醇精馏装置在加减负荷动态过程仍处于稳定状态。所述控制变量包括预精馏塔塔顶温度、预精馏塔回流温度、预精馏塔塔底温度、预精馏塔塔中温度、预精馏塔进料量、加压塔顶部采出比例、加压塔上部温度、加压塔中部温度、加压塔底部温度、加压塔塔釜液位阀、常压塔中部温度、常压塔顶部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔中部温度、回收塔顶部温度、回收塔底部温度、回收塔塔顶压力。所述操作变量包括预精馏塔蒸汽流量、加压塔进料流量、常压塔回流量、加压塔蒸汽流量、常压塔塔釜液位、常压塔回流流量、回收塔回流量、回收塔蒸汽流量。
控制变量中，预精馏塔塔顶温度、预精馏塔回流温度、预精馏塔塔底温度用于控制二甲醚及甲醇的排放；预精馏塔中部温度用于维持塔的蒸发量稳定；预精馏塔进料量为前馈变量；加压塔顶部采出比例用于协调加压塔的负荷和常压塔的负荷比例；加压塔上部温度、加压塔中部温度用于控制加压塔顶精甲醇的组分稳定、纯度以及塔顶精甲醇中乙醇的含量；加压塔底部温度、加压塔塔釜液位阀用于协调蒸汽压力的波动对加压塔、常压塔的温度平衡，和常压塔的负荷；常压塔顶部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度用于控制常压塔顶精甲醇的组分稳定、纯度以及乙醇在常压塔中的分布及塔顶精甲醇中乙醇的含量；常压塔塔釜液位用于控制常压塔釜液位以及协调回收塔底部废水的排出流量；回收塔顶部温度、回收塔中部温度用于控制塔顶采出的杂醇含量和侧采杂醇的组分；回收塔底部温度用于控制塔釜里醇的含量；回收塔塔顶压力用于确保回收塔维持一个常压。
操作变量中，预精馏塔蒸汽流量用于控制预塔的塔蒸发量，协调预塔各位置的温度波动平衡；预精馏塔进料流量用于负荷控制，负荷的自动提升或下降；加压塔回流流量，用于控制加压塔上部的温度分布，协调加压塔的负荷和常压塔的负荷比例，协调塔的温度波动的平衡；加压塔蒸汽流量用于控制加压塔和常压塔温度，协调加压塔和常压塔温度波动的平衡，协调加压塔和常压塔温度以及两塔釜液位间的平衡；常压塔塔釜液位控制阀用于控制常压塔的塔釜液位，协调回收塔的塔釜液位及塔釜底水采出流量；常压塔回流量用于控制常压塔顶的温度，协调常压塔的各位置温度的平衡；回收塔回流流量用于控制回收塔上部温度分布以控制甲醇里杂醇含量，控制回收塔侧采杂醇的含量；回收塔蒸汽流量用于控制回收塔釜温度以控制塔釜杂醇的含量、协调塔的温度波动的平衡。
为精准控制组分在塔内的分布，对塔内成分分布进行建模，建立压力矫正温度软测量仪表，使经压力校正后的温度能够确实代表测温点的成分组成，进行压力矫正的温度点包括预塔底部温度、加压塔灵敏温度、常压塔灵敏温度、常压塔底部温度、回收塔顶温度和回收塔底温度等关键测温点，从而在此基础上实现对各塔内成分分布剖面的控制，保证在负荷变化时的也不会出现波动，实现系统对回收塔液位和含醇量废水超低排放的的稳定控制。智能控制系统通过OPC服务器（一种通讯协议）与甲醇精馏装置DCS进行信息交换，由DCS读取并储存操作变量和控制变量的实时运行数据，智能控制系统通过OPC服务器读取上述信息并储存在智能控制系统数据库，智能控制系统根据读取的数据，按照压力校正温度软测量模型计算出校正后的温度并显示在智能控制系统专用操作画面上。
在DCS操作系统设定预精馏塔进料、加压塔进料量和操作变量控制范围，智能控制系统根据DCS系统设定范围对操作变量控制范围进行设定（一般的，智能控制系统操作变量控制范围小于或等于DCS控制系统的设定，以保证系统运行安全）。
本智能控制系统采用了预测控制模型，当智能控制系统投用时，读取DCS操作变量和控制变量信息，并储存在智能控制系统数据库，系统通过模型计算出当前粗甲醇进料对应的系统需要的热量，得到对应时刻所需要的预精馏塔、加压塔和回收塔所需要的塔釜蒸汽的量和加压塔、常压塔回流量，将各塔温度向智能控制系统设定的目标值靠近。
根据上述操作变量的输出值，得到各塔温度的实际值通过DCS系统和OPC服务器继续智能控制系统读取并储存在数据库，DCS实际值与智能控制系统的计算值进行比较得到校正数据，校正数据作为反馈信息提供给智能控制系统。智能控制器确定操作变量和前馈变量的变化对被控变量的影响，并继续矫正预测值。智能控制器根据预测模型的计算结果，在整个稳态时间内得到每个被控变量一系列的预测矫正值，这样保证了每一轮的预测和计算都能得到修正，使计算值与实际值相接近，从而实现了智能控制系统预测控制能力。
本发明甲醇精馏装置回收塔含醇量超低排放的智能控制是这样实现的：首先根据实际生产情况，对智能控制系统的模型设定控制变化梯度，即与人工判断方法一样，操作手段仍然为各塔塔釜蒸汽和回流，通过这些手段将塔系温度控制在一个稳定的几乎没有波动的范围内。
但是要注意的事，为了保证甲醇精馏生产装置在智能控制系统控制下安全的运行，我们必须要在甲醇精馏装置本身的DCS操作系统中设置好操作变量和被控变量的控制范围，智能控制系统的控制范围小于等于DCS系统本身的设定值，这样保证DCS系统的所有安全联锁有效，同时保证了智能控制系统计算出的所有输出值都可控和可靠。
本发明在工作过程中，不会改变原有甲醇精馏装置的控制回路，仅仅是实现甲醇精馏装置回收塔底水超低排放的操作，能够根据各参数的变化趋势提前进行工况判断，从而克服了原有人工操作的滞后调节或者过度调节，实现了甲醇精馏装置回收塔底水超低排放的自动化和智能化控制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围。
Claims (8)
1.一种甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：智能控制系统通过DCS系统读取预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔中各温度点的温度，通过智能控制系统压力矫正温度软测量仪表得到压力校正后的温度并显示在智能控制系统操作界面；
步骤2：设定预精馏塔粗甲醇进料，同时在智能控制系统操作界面进行预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔参数设定；
步骤3：智能控制系统根据步骤2中温度参数设定进行预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量设定，通过DCS系统对甲醇精馏装置预精馏塔塔釜蒸汽流量、加压塔塔釜蒸汽流量、加压塔常压塔回流量、回收塔塔釜蒸汽流量进行控制。
2.如权利要求1所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，步骤2中设定的参数包含粗甲醇进料量、预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔进料量、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度。
3.如权利要求2所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述预精馏塔塔中部温度、预精馏塔塔顶温度、预精馏塔塔回流温度、加压塔上部温度、加压塔底部温度、常压塔上部温度、常压塔中部温度、常压塔底部温度、回收塔顶温度、回收塔中部灵敏温度、回收塔底温度为步骤1中矫正后的温度。
4.如权利要求1所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述压力矫正温度软测量仪是对预精馏塔、加压塔、常压塔和甲醇回收塔内成分分布进行建模得到，经过矫正后的温度代表测温点的成分组成。
5.如权利要求1所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述智能控制系统通过OPC服务器与DCS系统进行信息交换，由DCS读取并储存操作变量和控制变量的实时运行数据，智能控制系统通过OPC服务器读取上述信息并储存在智能控制系统数据库。
6.如权利要求5所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述控制变量包括预精馏塔塔顶温度、预精馏塔回流温度、预精馏塔塔底温度、预精馏塔塔中温度、预精馏塔进料量、加压塔顶部采出比例、加压塔上部温度、加压塔中部温度、加压塔底部温度、加压塔塔釜液位阀、常压塔中部温度、常压塔顶部温度、常压塔底部温度、常压塔塔釜液位、回收塔中部温度、回收塔顶部温度、回收塔底部温度、回收塔塔顶压力。
7.如权利要求5所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述操作变量包括预精馏塔蒸汽流量、加压塔进料流量、常压塔回流量、加压塔蒸汽流量、常压塔塔釜液位、常压塔回流流量、回收塔回流量、回收塔蒸汽流量。
8.如权利要求7所述的甲醇精馏装置底水含醇量超低排放的智能控制方法，其特征在于，所述操作变量和被控变量，在智能控制系统的控制范围小于等于DCS系统的设定值。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211231 |
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