化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (2): 747-758.DOI: 10.11949/0438-1157.20210953
收稿日期:
2021-07-09
修回日期:
2021-11-01
出版日期:
2022-02-05
发布日期:
2022-02-18
通讯作者:
罗雄麟
作者简介:
张兴硕(1994—),男,硕士研究生,基金资助:
Xingshuo ZHANG(),Xionglin LUO(),Feng XU
Received:
2021-07-09
Revised:
2021-11-01
Online:
2022-02-05
Published:
2022-02-18
Contact:
Xionglin LUO
摘要:
催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺,其反应-再生系统是一个多变量紧密耦合的复杂系统,动态模拟和控制系统设计难度较大。目前,催化裂化装置在进行动态建模时设置了大量假设条件,与实际状况存在诸多不符,另外当前的控制回路配对方法未考虑工艺要求,也不适用于催化裂化这样的开环不稳定系统。基于以上原因,以已建立的反应-再生系统数学模型为基础,建立精细化动态模型,对反应器和再生器模型进行真实逼近,不再忽略气相动态变化,将原模型中气相对时间的导数项恢复,通过离散化的分布参数系统模型,对离散化模型中每段提升管和烧焦罐的时变变量加入时滞。仿真结果表明,精细化动态模型更加接近实际化工生产过程。根据上述模型搭建仿真平台,通过对不稳定的反再系统进行工艺优先的控制系统设计,首先根据化工工艺设计控制回路保证系统的稳定性,然后基于相对增益阵方法设计剩余变量配对,在降低了高维系统设计复杂度的同时保证了生产过程安全。设计结果表明,对于催化裂化装置反再系统,基于工艺特性完成控制回路配对后,剩余变量无须再添加多余的控制回路就能保证控制系统的稳定性和适当的控制性能。
中图分类号:
张兴硕, 罗雄麟, 许锋. 催化裂化装置反再系统动态模拟精细化与控制系统“工艺优先”配对设计[J]. 化工学报, 2022, 73(2): 747-758.
Xingshuo ZHANG, Xionglin LUO, Feng XU. Simulation closer to commercial process and prior process analysis based control loop configuration of FCCU reactor-regenerator system[J]. CIESC Journal, 2022, 73(2): 747-758.
参数/变量 | 数值 | 单位 |
---|---|---|
新鲜原料进料量 | 85 | t·h-1 |
原料预热温度 | 220 | ℃ |
回炼油流量 | 12.75 | t·h-1 |
回炼油浆流量 | 7.25 | t·h-1 |
烧焦罐主风量 | 49340 | m3·h-1 |
二密相床主风量 | 6658 | m3·h-1 |
烧焦罐催化剂藏量 | 24 | t |
二密相床催化剂藏量 | 5 | t |
汽提段催化剂藏量 | 5 | t |
一氧化碳助燃剂投放比 | 0.004 | %(质量) |
提升管高度 | 32 | m |
提升管截面积 | 0.636 | m2 |
烧焦罐高度 | 9.810 | m |
烧焦罐截面积 | 19.625 | m2 |
烧焦罐温升 | ~39 | ℃ |
烧焦罐底部温度 | ~656 | ℃ |
提升管底部温度 | ~544 | ℃ |
提升管温降 | ~50 | ℃ |
表1 模型的部分相关参数
Table 1 Some relevant parameters of the model
参数/变量 | 数值 | 单位 |
---|---|---|
新鲜原料进料量 | 85 | t·h-1 |
原料预热温度 | 220 | ℃ |
回炼油流量 | 12.75 | t·h-1 |
回炼油浆流量 | 7.25 | t·h-1 |
烧焦罐主风量 | 49340 | m3·h-1 |
二密相床主风量 | 6658 | m3·h-1 |
烧焦罐催化剂藏量 | 24 | t |
二密相床催化剂藏量 | 5 | t |
汽提段催化剂藏量 | 5 | t |
一氧化碳助燃剂投放比 | 0.004 | %(质量) |
提升管高度 | 32 | m |
提升管截面积 | 0.636 | m2 |
烧焦罐高度 | 9.810 | m |
烧焦罐截面积 | 19.625 | m2 |
烧焦罐温升 | ~39 | ℃ |
烧焦罐底部温度 | ~656 | ℃ |
提升管底部温度 | ~544 | ℃ |
提升管温降 | ~50 | ℃ |
变量 | REGA各输入对输出的值 | |||
---|---|---|---|---|
Vrg1 | Vrg2 | Tfresh | Xs | |
ya | -3.3962 | 6.8343 | 3.3282 | -5.7663 |
yd | 0.1126 | -2.4226 | 0.6199 | 2.6902 |
?Trg1 | -0.9462 | -0.1789 | -2.4691 | 4.5941 |
5.2298 | -3.2328 | -0.4790 | -0.5180 |
表2 基于工艺优先的相对能量增益矩阵
Table 2 Results of REGA based on prior process analysis
变量 | REGA各输入对输出的值 | |||
---|---|---|---|---|
Vrg1 | Vrg2 | Tfresh | Xs | |
ya | -3.3962 | 6.8343 | 3.3282 | -5.7663 |
yd | 0.1126 | -2.4226 | 0.6199 | 2.6902 |
?Trg1 | -0.9462 | -0.1789 | -2.4691 | 4.5941 |
5.2298 | -3.2328 | -0.4790 | -0.5180 |
操纵变量 | 被控变量 |
---|---|
再生器内循环滑阀开度 | 二密相床催化剂藏量 |
待生滑阀开度 | 汽提段催化剂藏量 |
富气压缩机转速 | 沉降器压力 |
再生烟气双动滑阀开度 | 两器压差 |
再生滑阀开度 | 反应温度 |
表3 变量配对结果
Table 3 Results of variable pairs
操纵变量 | 被控变量 |
---|---|
再生器内循环滑阀开度 | 二密相床催化剂藏量 |
待生滑阀开度 | 汽提段催化剂藏量 |
富气压缩机转速 | 沉降器压力 |
再生烟气双动滑阀开度 | 两器压差 |
再生滑阀开度 | 反应温度 |
变量 | REGA各输入对输出的值 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
16.9541 | -8.6770 | 0.0010 | -0.0021 | 0 | -6.8301 | -0.4458 | 0 | 0.0001 | |
1.8916 | -0.0314 | 0.0333 | -0.1509 | 0 | -0.7135 | -0.0294 | 0 | 0.0003 | |
8.4093 | -2.6479 | 4.0771 | -5.4763 | 0 | -3.1971 | -0.2143 | 0 | 0.0496 | |
-12.225 | 0.0015 | -0.0970 | 6.4739 | 0.0004 | 6.4716 | 0.3743 | 0 | 0.0015 | |
-0.0008 | 0.0028 | 0 | 0.0008 | 0.9968 | 0 | 0.0005 | 0 | 0 | |
-0.1253 | 2.6651 | -2.9871 | 0.1049 | 0 | 1.2560 | 0.0864 | 0 | 0.0001 | |
-13.863 | 9.6794 | -0.0153 | 0.0205 | 0.0028 | 3.9860 | 1.1907 | 0 | -0.0001 | |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.9999 | 0 | |
-0.0388 | 0.0076 | -0.0118 | 0.0294 | 0 | 0.0273 | 0.0379 | 0 | 0.9486 |
表4 相对能量增益矩阵
Table 4 Results of REGA
变量 | REGA各输入对输出的值 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
16.9541 | -8.6770 | 0.0010 | -0.0021 | 0 | -6.8301 | -0.4458 | 0 | 0.0001 | |
1.8916 | -0.0314 | 0.0333 | -0.1509 | 0 | -0.7135 | -0.0294 | 0 | 0.0003 | |
8.4093 | -2.6479 | 4.0771 | -5.4763 | 0 | -3.1971 | -0.2143 | 0 | 0.0496 | |
-12.225 | 0.0015 | -0.0970 | 6.4739 | 0.0004 | 6.4716 | 0.3743 | 0 | 0.0015 | |
-0.0008 | 0.0028 | 0 | 0.0008 | 0.9968 | 0 | 0.0005 | 0 | 0 | |
-0.1253 | 2.6651 | -2.9871 | 0.1049 | 0 | 1.2560 | 0.0864 | 0 | 0.0001 | |
-13.863 | 9.6794 | -0.0153 | 0.0205 | 0.0028 | 3.9860 | 1.1907 | 0 | -0.0001 | |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.9999 | 0 | |
-0.0388 | 0.0076 | -0.0118 | 0.0294 | 0 | 0.0273 | 0.0379 | 0 | 0.9486 |
控制回路 | ||
---|---|---|
两器压差控制 | 15 | 250 |
反应温度控制 | 0.5 | 1 |
表5 原模型的控制器参数
Table 5 Controller parameters of original model
控制回路 | ||
---|---|---|
两器压差控制 | 15 | 250 |
反应温度控制 | 0.5 | 1 |
控制回路 | |||
---|---|---|---|
两器压差控制 | 10 | 10 | 25 |
反应温度控制 | 0.1 | 1.5 | 5 |
表6 精细化模型的控制器参数
Table 6 Controller parameters of refined model
控制回路 | |||
---|---|---|---|
两器压差控制 | 10 | 10 | 25 |
反应温度控制 | 0.1 | 1.5 | 5 |
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