段文 杨小波（兰州石化公司乙烯厂，甘肃 兰州 730060）

丁二烯萃取精馏系统控制技术研究

段文 杨小波（兰州石化公司乙烯厂，甘肃 兰州 730060）

本文根据第二萃取精馏系统的工艺特点，通过对DeltaV DCS系统内嵌的MPCPro预测控制技术的深入研究与探讨，在分析工艺特点、参考工艺操作经验，针对第二萃取精馏系统的生产过程存在的常规控制难点，提出了相应控制策略，建立了MPCPro多变量预测控制器，实现了第二萃取精馏系统先进控制，取得了良好的效果，提高了生产过程运行的平稳率，降低了能量消耗，提高了目标产品收率，降低了操作人员的劳动强度，收到了良好的经济效益和社会效益。

MPCPro；多变量预测控制；模型；萃取精馏

碳四抽提丁二烯装置主要由第一萃取精馏、第二萃取精馏、脱重脱轻、水洗回收等系统组成，采用艾默生公司的Del⁃TaV DCS。第二萃取精馏系统为碳四抽提丁二烯装置的重要环节，如图1所示，主要由两台串级的精馏塔下塔T-103、上塔T-104和一台闪蒸塔T-105组成，进料为T-101塔釜抽出的丁二烯、碳四炔烃、乙腈的混合溶液，加入萃取剂乙腈，在第二萃取精馏塔塔顶得合格的粗丁二烯，塔釜得到炔烃解吸完全的乙腈，经闪蒸塔将炔烃与乙腈分离，从而实现丁二烯与炔烃以及溶剂乙腈的分离。

1 MPCPro预测控制技术

DeltaV DCS系统中内嵌模型预测控制MPCPro功能块，MP⁃CPro是基于模型的DMC预测控制，是一种利用模型预测技术开发的先进过程控制器，专门适用于具有强烈耦合关系及存在众多约束的复杂多变量过程控制，其算法的核心是：预测模型，利用系统的过去和现在的输入输出信息，通过其模型可以得到对生产系统未来某段时间的运动状态的估计；滚动优化，通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用；反馈校正，在预测控制中使用一种反馈修正法，即闭环预测。当执行多变量控制策略时，过程的操纵输入和扰动输入与受控输出和约束输出在MPCPro功能块里定义。根据炼化装置的控制策略，确定控制器的输入、输出变量。控制器的被控变量和扰动变量与操作变量和约束变量都集成在MPCPro功能块里，通过该功能块实现炼化装置的先进控制，实现被控对象的关键参数平稳运行。

2 控制方案

2.1 工艺特点

第二萃取精馏系统是一个复杂的多功能塔系，萃取精馏与溶剂解析在一个塔内完成，控制复杂。加入萃取剂乙腈，在第二萃取精馏塔塔顶得合格的粗丁二烯，塔釜得到炔烃解吸完全的乙腈，经闪蒸塔将炔烃与乙腈分离，从而实现丁二烯与炔烃以及溶剂乙腈的分离；炔烃闪蒸塔T-105实现碳四炔烃、乙腈的分离。第二萃取精馏系统存在干扰因素多，温度、液位等关键参数滞后大控制难点，对各塔的平稳操作影响比较大。

2.2 控制目标

·在操作上实现物料平衡，避免周期性干扰对各塔操作的影响，避免各塔之间物料传递不平衡导致各塔操作的不平衡。

·第二萃取精馏系统实现丁二烯、碳四炔烃、乙腈的分离。在物料平衡的基础上，调节塔的热量供给和热量分布，提高主要产品质量，提高丁二烯收率，降低装置能耗。

·解决常规控制下液位、温度波动问题。

·T-103是装置的关键设备，它的稳定操作，对上、下游各塔的稳定控制有至关重要的作用，实施T-103先进控制，解决装置存在的强耦合问题带来的操作与控制上的困难，克服干扰和滞后，确保安全生产。

2.3 控制方案

根据第二萃取精馏系统工艺特点与控制目标，针对常规控制的存在的难点，设计适合本系统的控制方案。第二萃取精馏系统先进控制选择塔T-103塔中部温度、塔釜液面，T-104塔釜液面，回流罐V-106液面，T-105塔釜液面为被控变量，分别以CV1、CV2、CV3、CV4、CV5表示；选择T-103塔灵敏板温度为约束变量，分别以AV1表示；选择T-103塔釜中压蒸汽流量、塔釜采出量，T-104塔釜采出量，回流量及T-105塔釜采出量为操作变量，分别以MV1、MV2、MV3、MV4、MV5表示；塔釜T-101到T-103的量，T-104到T-201的量及T-104塔顶压力为干扰变量，分别以DV1、DV2、DV3表示。其中，第二萃取精馏系统先进控制器中所有被控变量采用设定点控制，约束变量采用区间控制。

根据第二萃取精馏系统的控制方案，通过对第二萃取精馏系统阶跃试验数据的分析、辩识得到如下传递函数矩阵形式的数学模型，并根据辨识出的数学模型建立MPCPro预测控制所需的内部模型，并根据实际工艺特点和要求选取合理的参考轨迹、操作变量约束、被控变量约束、控制结构以得到MPCPro先进控制器。

在将多变量预测控制器上线投用之前，通过在线仿真检验控制器的动态响应、稳态精度以及模型的鲁棒性。

（4）运行效果分析

该控制器运行平稳，控制精度高。第二萃取精馏系统先进控制器运行平稳，提高了过程控制的平稳性，实现主要工艺参数的波动幅度减少50%以上，表明设计实施的第二萃取精馏系统多变量预估先进控制是切实可行的。

通过调节中压蒸汽量，克服蒸汽压力波动，保持T-103灵敏板温度、塔顶温度、塔侧线温度运行稳定，通过调节塔T-103、T-104、T-105塔釜采出，稳定了塔的液位，通过小幅度调节回流量，克服干扰，实现对回流罐液位的平稳控制，从而实现了该系统平稳运行。

3 结语

MPCPro先进控制器控制品质良好，一直运行平稳，投用率高，解决了第二萃取精馏系统关键参数的波动问题，从整体上提高了第二萃取精馏系统的控制水平，提高了第二萃取精馏系统运行的平稳性，实现了丁二烯第二萃取精馏系统的稳定、快速和准确的控制，实现了卡边操作，减少了目标产品损失，提高了装置主要产品丁二烯的收率，节能降耗，并减轻了操作人员的劳动强度，深受车间技术人员和操作人员的欢迎。