摘要 本文運用 hysys流程模擬軟件,對石油化工常壓蒸餾工藝流程進行了穩(wěn)態(tài)操作和動態(tài)操作的模擬計算。以進料流量變化為例,分析了常壓蒸餾塔在有波動干擾時,整個工藝流程的動態(tài)響應變化過程,模擬了常規(guī)PID控制方案響應情況,預測了常規(guī)控制方案容易出現(xiàn)的問題。 主題詞 Hysys 流程模擬 動態(tài) 1、前言 多年來,穩(wěn)態(tài)流程模擬技術在石油化工過程的設計和已有生產(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,動態(tài)流程模擬技術也得到了實質(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)出相應的動態(tài)流程模擬軟件。其中,HYPROTECH公司的HYSYS動態(tài)流程模擬軟件是直接建立在原有的穩(wěn)態(tài)流程模擬平臺上,只需將原有的靜態(tài)流程模擬應用進行轉(zhuǎn)換即可得到動態(tài)流程模擬應用,它即繼承了穩(wěn)態(tài)流程模擬的預算結果,保持動態(tài)模擬的逼真程度,又簡化了應用,并且其模擬平臺采用面向?qū)ο蠹夹g開發(fā),具有良好的擴展能力。 本文運用HYSYS軟件先對常壓蒸餾工藝進行穩(wěn)態(tài)模擬,并在穩(wěn)態(tài)模擬運算結果基礎上,進行進料流量的變化對常壓蒸餾塔操作影響的動態(tài)模擬運算,分析常壓蒸餾工藝流程有干擾時,常規(guī)PID控制方案的響應動作過程,為改進的集實時優(yōu)化與先進控制于一體的控制方案設計提供依據(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℉預熱原料物流(Preheat Crude)進初步閃蒸罐(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,都有相應循環(huán)加熱泵及側(cè)線抽出設備,塔底為常壓渣油物流。蒸餾塔進料在第28塊塔板上,且為過熱物流,水蒸氣進料在第29塊塔板上。 本例的物流組成及性質(zhì)采用Peng Robinson狀態(tài)方程進行模擬計算。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自動將原料按平均沸點分割成38種假組分進行計算。接下來,指定流程中特定物流組分及流量等條件和各設備操作條件,如原料的溫度和壓力、蒸餾塔塔板的壓力等。當設定滿足軟件進行模擬運算的必要條件時,軟件將自動進行模擬計算。常壓蒸餾塔的設定如圖3所示,各物流條件及運算結果如圖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定
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圖4 穩(wěn)態(tài)模擬物流計算結果
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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)模擬計算過程及運算結果來看,用Hysys軟件模擬工藝流程具有良好的PFD界面,方便準確的設定方式,直觀圖形化的結果分析,可以說Hysys是非常優(yōu)秀的工藝流程模擬軟件。
3、HYSYS的動態(tài)模擬
HYSYS的動態(tài)模擬可直接在靜態(tài)模擬的運算結果上修整部分參數(shù)后進行計算。將穩(wěn)態(tài)模擬的計算結果設定為裝置正常運轉(zhuǎn)的初始狀態(tài),動態(tài)模擬當原料流量變化時,為維持各側(cè)線產(chǎn)品合格而對蒸餾塔的實時動態(tài)操作。首先,將從穩(wěn)態(tài)計算得到的蒸餾塔直徑和塔板高、側(cè)線設備的塔板尺寸及冷凝器體積等設備參數(shù),作為已知量對各設備進行參數(shù)設定;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控制器設置 PID名稱 | PV(過程變量) | 控制要求 | OP(操作目標) | 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 | 各個設備必要參數(shù)及控制點設置好后,切換至動態(tài)模擬模式,隨著PID控制器操作平穩(wěn)后,以更改進料量為例,觀察分析常壓蒸餾塔在有波動情況下,各PID控制器的響應狀態(tài),及對產(chǎn)品流量的影響。原料ATM Feed流量由2826.4kgmol/h變化至3000kgmol/h時,各PID控制動作曲線如圖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 從動態(tài)模擬的操作曲線可以看出,進料量的變化對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荷的控制,由圖中可看出干擾對其操作狀態(tài)的影響是最大的。
4、結束語
本文通過實現(xiàn)對常壓蒸餾工藝的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的模擬,分析了進料量的變化對蒸餾塔操作的影響,真實預測了存在干擾時PID控制方案的動作情況,為改進的集實時優(yōu)化和先進控制于一體的控制方案設計提供了依據(jù)。
參考文獻
[1] 王亮,呂文詳,黃德先.計算機與應用化學.2006
原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_59dd24e30100bi7l.html
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