先进过程控制系统在甲醇合成及精馏系统中的应用

先进过程控制系统在甲醇合成及精馏系统中的应用

张国珍

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古 027300

摘要：目前一些企业在进行甲醇合成的时候，会采用先进过程控制系统。这种系统通过对于多变量的控制预测，与操作系统网络构架等系统来进行结合。实现了对于控制变量、操作变量等等设置的情况，以及对于先进过程控制系统的具体应用，这样就可以实现较高的技术水准。而根据一些公司应用的实践可以得知，先进过程控制系统十分适用于较为大型的甲醇装置合成系统以及蒸馏系统，并且对于系统的自动化水平有着很大的提高。此外，还可以保证系统在运行的过程当中更加的安全、稳定。本文通过对于先进过程控制系统进行简单的阐述，然后提出甲醇合成系统、甲醇精馏系统与先进控制的关联逻辑，最后提出在应用的过程当中有可能遇到的一些问题，以及相应的解决措施，希望对相关人员有借鉴意义。

关键词：先进过程控制系统；甲醇合成系统；甲醇精馏系统
　　引言：甲醇在工业上的应用十分的广泛，因此许多企业都在致力于研究甲醇装置合成系统与相应的蒸馏系统，并且不断地提高其自动化的水平，希望创造更多的经济价值。其中有些公司就研制出相应的甲醇合成系统，其设计的工作压力为5.3MPa，温度设置在220-260摄氏度之间。在具体工作时，还会应用管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，并且将两台甲醇合成系统一起进行并联使用。而通过对于精馏系统的深入研究，可以发现其采用的是节能型三塔精馏工艺，也就是通过一台预塔、两台主精馏塔来进行操作，对于加压塔塔顶蒸汽冷凝热作为常压塔塔底再沸器的热源，以实现对于甲醇的精馏的作用。通过对于合成系统和精馏系统的组成来研究，才可以得出先进过程控制系统的具体应用。

一、先进过程控制系统简介
　　在工业过程当中，先进过程控制系统的应用最为主要的过程就是通过建立模型，并且使用相应的计算以及程序能力，来作为它的支持平台进行使用。而这种技术对企业实现全面自动化有着相当重要的作用，也是系统能够安全生产并且降低能耗最为主要的方法之一。一些公司在使用这种系统的过程当中，采取具有先进控制的多变模型来进行预测，是一种比旧有的PID控制技术更加先进的控制技术。因此这种先进的控制技术不仅控制效果好，而且还能提前进行预测，并且对系统当中可能出现的各种因素来进行约束。目前已经在石油化工等行业进行广泛的使用，而对于一些煤化企业来讲还处于实验阶段。
　　（一）多变量先进控制技术
　　多变量先进控制技术在使用的过程当中采取区域的算法，对于控制器求解、控制以及相关优化目标，可以同时满足其最合理的操作方式，并且能够减少因为模型所带来的不确定干扰。而在对于控制变量进行实现时，不会对其强制要求特定的轨道，可以采取相应的技术来实现对于控制器的自由发展，确保在实现控制的时候能够进行动态的管理。
　　（二）多变量预测控制器
　　多变量预测控制器的主要核心是多变量控制以及相应的优化技术，它通过对于先进技术来对控制变量、操作变量、干扰变量等等实现相应的技术优化，并且还可以在使用的过程当中将设计、实施、维护共同来进行操作，从而大大提高在工业生产当中的经济利益。而其突出的特点有以下几方面：第一，这种系统可以对于工艺过程建立动态的模型，并且将之后周期当中的控制变量的轨迹来进行预测。还会有专业的调节，使用户能够根据模型来实现可靠性调节，对于各个方面进行输入响应程度。从而对今后的周期当中的操作变量进行优化，这样才可以使控制变量达到较为合理的限制；第二，多变量预测控制器可以在其内部设置二次目标函数，并且在设置线型目标的时候，能够达到使某种变量的最大或者是最小数值。在使用二次函数的时候，可以将某种变量来进行确定，并且不断的优化；第三，多变量预测控制器可以在模型内部进行修改，并且将模型的增益时间进行计算，这样对于控制器的整体运行和今后的维护都非常的便利。

二、甲醇合成系统先进控制关联逻辑
　　大多数公司在使用甲醇合成系统的时候，都会采取将两套系统一起运行，会大大提高系统的产能。不过在使用的时候，所进行合成的管道长度会多出600米以上，这样就会指使得管道所受到的阻力很大。而通过节流以及系统进气量的方法控制，来实现对于整个系统的进气量，使两套系统在使用的时候其负荷能够不断地接近。正是通过这种控制的方法，才会使得合成系统的压力在不断的减少，而通过对于控制单元来控制甲醇的合成系统内部的系统压力。在甲醇合成的过程当中，一些气量的释放，由于燃气气压放空阀的控制，使得其合成系统与压力进行一定的联系，并且为了可以使回收系统的日常燃气量供应进行满足，就必须同时对于加气加热炉的燃料气放空阀来进行调节。
　　三、甲醇精馏系统先进控制关联逻辑
　　在甲醇精馏系统当中，一般所采用的都是三塔精馏工艺。不仅可以使得一些物料在进出的过程当中能够适应更加复杂的状况，而且还会使各个塔之间能实现对于热量的集成，也就是当甲醇在精馏的时候，是一个耦合性较高的复杂过程，并且对于各种干扰的因素也显示得较为明显。通过常规的PID输入以及单输入控制，已经无法实现在生产过程当中对于整体的控制要求，因此需要运用先进控制关联逻辑来进行操作。

　　四、先进过程控制系统在应用过程当中遇到的问题及解决措施
　　（一）甲醇合成系统
　　第一，甲醇合成系统在实际运行之前，需要对于之前使用的工段来进行考量，因为它会受到之前工段的影响。所以在实施的过程当中，一定要对于系统的波动进行充分的考虑，以减少对于合成系统的干扰；第二，对于合成系统当中的一期以及二期的两套系统，应该将其之间的控制关系充分的考虑进来，并且适时地转入自动PID回路投用，这样就可以大大减少外部因素对于自动控制的影响。
　　（二）甲醇精馏系统
　　第一，甲醇精馏系统在具体使用的时候会因为蒸汽的压力而导致波动影响，所以大多数企业在使用精馏系统的时候，一般会设置一定的温度补偿。比如，如果蒸汽压力出现降低的情况，那么就会通过补偿来使得流量不断的降低，并且使其自身的PID回路控制在持续的加大，通过对于压力的弥补变化，来使得流量降低，从而使得因为蒸汽压力的波动而导致的影响在大大的降低。第二，甲醇精馏系统使用的时候可以对于能耗进行大量降低，并且通过对自动阀的控制，在实现自控率的提升的同时，并且对于所进行精馏的液体在灵敏板上停留的时间达到较高的增长；第三，使用期间常压塔回流流量计经常会出现波动情况，因此在具体运用时一定要对于自控阀自身的输出量来作为限制，并且将控制变量进行限制，确保流量技术出现波动的时候，能够维持在较为科学的范围之内，不会因此而产生较大的干扰，影响到精馏系统的正常运作。
　　结束语：

先进过程控制系统在对于甲醇合成以及精馏系统上的应用取得了较高的成就，在对于系统进行有效控制的过程当中，还可以大大降低相关工作人员的劳动强度。并且实现了甲醇合成和精馏系统的自动化操作，有利于整体运行的稳定化水平。不仅如此，由于工艺原理，使得先进过程控制系统能够在合理的范围内，给人工以控制变量的信号，通过对其模型的确定，来使得系统能够安全地运行，大大的减少了能源消耗，对于最终的产品质量也有所提高。因此先进过程控制系统具有较高的使用价值，应当大力的推广。
　　参考文献

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