摘要 本文運(yùn)用 hysys流程模擬軟件,對(duì)石油化工常壓蒸餾工藝流程進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)操作和動(dòng)態(tài)操作的模擬計(jì)算。以進(jìn)料流量變化為例,分析了常壓蒸餾塔在有波動(dòng)干擾時(shí),整個(gè)工藝流程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化過程,模擬了常規(guī)PID控制方案響應(yīng)情況,預(yù)測(cè)了常規(guī)控制方案容易出現(xiàn)的問題。 主題詞 Hysys 流程模擬 動(dòng)態(tài) 1、前言 多年來,穩(wěn)態(tài)流程模擬技術(shù)在石油化工過程的設(shè)計(jì)和已有生產(chǎn)裝置操作方案的優(yōu)選方面發(fā)揮了非常重要的作用,已為石油化工行業(yè)廣泛接受。近幾年,動(dòng)態(tài)流程模擬技術(shù)也得到了實(shí)質(zhì)性的突破, aspen-TECH、HYPROTECH(現(xiàn)被ASPEN-TECH公司兼并)、SIMSCI等公司都開發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)流程模擬軟件。其中,HYPROTECH公司的HYSYS動(dòng)態(tài)流程模擬軟件是直接建立在原有的穩(wěn)態(tài)流程模擬平臺(tái)上,只需將原有的靜態(tài)流程模擬應(yīng)用進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到動(dòng)態(tài)流程模擬應(yīng)用,它即繼承了穩(wěn)態(tài)流程模擬的預(yù)算結(jié)果,保持動(dòng)態(tài)模擬的逼真程度,又簡(jiǎn)化了應(yīng)用,并且其模擬平臺(tái)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā),具有良好的擴(kuò)展能力。 本文運(yùn)用HYSYS軟件先對(duì)常壓蒸餾工藝進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬,并在穩(wěn)態(tài)模擬運(yùn)算結(jié)果基礎(chǔ)上,進(jìn)行進(jìn)料流量的變化對(duì)常壓蒸餾塔操作影響的動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)算,分析常壓蒸餾工藝流程有干擾時(shí),常規(guī)PID控制方案的響應(yīng)動(dòng)作過程,為改進(jìn)的集實(shí)時(shí)優(yōu)化與先進(jìn)控制于一體的控制方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 2、常壓蒸餾的穩(wěn)態(tài)模擬 圖1為HYSYS軟件模擬簡(jiǎn)單的常壓蒸餾工藝流程PFD圖。
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圖1 常壓蒸餾工藝流程穩(wěn)態(tài)模擬PFD 450℉預(yù)熱原料物流(Preheat Crude)進(jìn)初步閃蒸罐(PreFlash)閃蒸,頂部分離出低分子氣態(tài)餾分,底部液態(tài)餾分經(jīng)加熱爐加熱到650℉,再與氣態(tài)餾分混合進(jìn)入常壓蒸餾塔。 蒸餾塔的工藝流程部分PFD如圖2所示。蒸餾塔理論塔板數(shù)為29,塔頂有回流冷凝器,側(cè)線產(chǎn)品有石腦油、煤油、柴油和AGO,都有相應(yīng)循環(huán)加熱泵及側(cè)線抽出設(shè)備,塔底為常壓渣油物流。蒸餾塔進(jìn)料在第28塊塔板上,且為過熱物流,水蒸氣進(jìn)料在第29塊塔板上。 本例的物流組成及性質(zhì)采用Peng Robinson狀態(tài)方程進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬過程中,油品原料須給定足夠的分析性質(zhì),如密度、餾程、平均分子量、API度等等或其中的幾種性質(zhì)。在例中HYSYS自動(dòng)將原料按平均沸點(diǎn)分割成38種假組分進(jìn)行計(jì)算。接下來,指定流程中特定物流組分及流量等條件和各設(shè)備操作條件,如原料的溫度和壓力、蒸餾塔塔板的壓力等。當(dāng)設(shè)定滿足軟件進(jìn)行模擬運(yùn)算的必要條件時(shí),軟件將自動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算。常壓蒸餾塔的設(shè)定如圖3所示,各物流條件及運(yùn)算結(jié)果如圖4所示,產(chǎn)品餾程曲線如圖5所示。 圖2 常壓蒸餾塔穩(wěn)態(tài)流程模擬PFD
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圖3 常壓蒸餾塔操作條件的設(shè)定
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圖4 穩(wěn)態(tài)模擬物流計(jì)算結(jié)果
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圖5 常壓蒸餾穩(wěn)態(tài)模擬的產(chǎn)品餾程曲線
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由以上常壓蒸餾穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算過程及運(yùn)算結(jié)果來看,用Hysys軟件模擬工藝流程具有良好的PFD界面,方便準(zhǔn)確的設(shè)定方式,直觀圖形化的結(jié)果分析,可以說Hysys是非常優(yōu)秀的工藝流程模擬軟件。
3、HYSYS的動(dòng)態(tài)模擬
HYSYS的動(dòng)態(tài)模擬可直接在靜態(tài)模擬的運(yùn)算結(jié)果上修整部分參數(shù)后進(jìn)行計(jì)算。將穩(wěn)態(tài)模擬的計(jì)算結(jié)果設(shè)定為裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的初始狀態(tài),動(dòng)態(tài)模擬當(dāng)原料流量變化時(shí),為維持各側(cè)線產(chǎn)品合格而對(duì)蒸餾塔的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)操作。首先,將從穩(wěn)態(tài)計(jì)算得到的蒸餾塔直徑和塔板高、側(cè)線設(shè)備的塔板尺寸及冷凝器體積等設(shè)備參數(shù),作為已知量對(duì)各設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定;然后分別將需要控制的容器液位和產(chǎn)品流量加上PID控制器。加入PID控制器的蒸餾塔工藝流程PFD如圖6所示。
圖6 常壓蒸餾塔動(dòng)態(tài)模擬PFD流程 各PID控制器PV、OP及操作要求如表1所示。
表1 常壓蒸餾塔PID控制器設(shè)置 PID名稱 | PV(過程變量) | 控制要求 | OP(操作目標(biāo)) | Cond LC
| 冷凝器液位 | 50% | 塔頂回流量 | Reb LC
| 煤油回流罐液位 | 50% | 煤油側(cè)線回流量 | Off Gas FC
| 塔頂石油氣流量 | 5kgmol/h | 冷凝器熱負(fù)荷 | Diesel FC
| 柴油產(chǎn)品流量 | 127.5m3/h | 柴油側(cè)線回流量 | AGO FC
| AGO產(chǎn)品流量 | 29.8m3/h | AGO側(cè)線回流量 | 各個(gè)設(shè)備必要參數(shù)及控制點(diǎn)設(shè)置好后,切換至動(dòng)態(tài)模擬模式,隨著PID控制器操作平穩(wěn)后,以更改進(jìn)料量為例,觀察分析常壓蒸餾塔在有波動(dòng)情況下,各PID控制器的響應(yīng)狀態(tài),及對(duì)產(chǎn)品流量的影響。原料ATM Feed流量由2826.4kgmol/h變化至3000kgmol/h時(shí),各PID控制動(dòng)作曲線如圖7所示,各產(chǎn)品流量變化曲線如圖8所示。
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圖7 常壓蒸餾塔波動(dòng)PID控制變化曲線
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圖8 常壓蒸餾塔各產(chǎn)品流量變化曲線 從動(dòng)態(tài)模擬的操作曲線可以看出,進(jìn)料量的變化對(duì)常壓蒸餾塔的操作造成了較大影響。特別需要注意的是塔頂冷凝負(fù)荷的控制,由圖中可看出干擾對(duì)其操作狀態(tài)的影響是最大的。
4、結(jié)束語(yǔ)
本文通過實(shí)現(xiàn)對(duì)常壓蒸餾工藝的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的模擬,分析了進(jìn)料量的變化對(duì)蒸餾塔操作的影響,真實(shí)預(yù)測(cè)了存在干擾時(shí)PID控制方案的動(dòng)作情況,為改進(jìn)的集實(shí)時(shí)優(yōu)化和先進(jìn)控制于一體的控制方案設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王亮,呂文詳,黃德先.計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué).2006
原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_59dd24e30100bi7l.html
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