乙烯生产装置中急冷系统pH值的自适应控制技术分析

乙烯生产装置中急冷系统pH值的自适应控制技术分析

孟凡勇

（大庆石化公司乙烯一部，黑龙江省大庆市 163000）

摘要：乙烯生产装置是我国石油化工行业的龙头装置，乙烯装置的产品是75%石油化工产品的基本原料。在乙烯生产装置中，急冷系统发挥着重要的作用，急冷系统的pH值控制是影响乙烯装置平稳运行的一个重要因素。如果乙烯装置急冷系统的pH值过高，则会使急冷水塔中的液体产生乳化，出现油夹带水或水夹带油现象，油夹带水使汽油分馏塔平衡遭到破坏，水夹带油使裂解炉炉管结焦，影响乙烯装置的热效率，给乙烯装置的安全生产运行带来重大隐患。如果乙烯装置急冷系统的pH值过低，则会腐蚀急冷水流经的设备，影响乙烯生产装置的使用寿命，甚至损坏关键设备，造成生产装置停车事故。

关键词：自适应控制技术；急冷系统；乙烯装置；pH值

1工艺流程与特点

在乙烯装置生产过程中，循环急冷系统主要回收来自裂解气的余热，其进料是急冷油分馏塔、馏出物汽提塔和水汽提塔塔顶总的气体，主要由裂解气体、蒸汽和蒸发的回流组成。这些气体进入急冷水塔后直接与循环水接触，其温度从100℃冷却到40℃后进入压缩系统。由于部分水中含有硫化氢、二氧化碳、氨及不溶解的烃类（包括苯、酚类和高沸点有机酸类）等污染物，需在送到稀释蒸汽发生系统前对其进行过滤、聚结和汽提。由于水中pH值较低，为了防止急冷水塔、稀释蒸汽发生系统和其他设备发生腐蚀现象，需要通过注入液氨或碱液的方式调节pH值。大庆石化公司乙烯装置急冷系统中急冷水、工艺水和稀释蒸汽凝液中含有机酸杂质，目前主要通过现场人工注氨或注碱的方式来调节其pH值。但如果调整不及时，将导致整个生产装置的pH值产生较大幅度的波动。当前控制方式存在以下不足之处：a．非线性。pH值在设备运行过程中不规律，造成加药量难以控制。b．强耦合性。急冷水塔中急冷水的一部分经处理后作为工艺汽提塔原料，其pH值直接影响工艺水的pH值；工艺水在汽提塔内经汽提后塔顶气体返回急冷水塔，其pH值会影响急冷水pH值。c．大滞后。从加药到后端测量pH值，时间周期长，造成调节不及时。d．干扰大。受急冷水pH值、工艺水pH值、稀释蒸汽凝液pH值、裂解气流量、含硫量、氨液浓度及碱液浓度等多方面因素的影响，干扰多且影响大。

2乙烯装置急冷系统pH值控制系统的缺陷

由于特殊的工作环境，乙烯装置急冷系统中的稀释蒸汽凝液、工艺水以及急冷水，通常情况下会含有一些有机酸杂质，从而给急冷系统的pH值产生一定的影响，为了对急冷系统的pH值进行调节，通常情况下会采用现场人工注入液碱、注入液氨的方法。这种方法具有一定的效果，但是，若是调整不及时，则会导致整个乙烯装置pH值的剧烈波动。就现阶段来看，乙烯装置急冷系统pH值控制系统的缺陷主要包括：第一，干扰大。由于其通常会受到稀释蒸汽凝液、工艺水、急冷水的pH值以及碱液浓度、氨液浓度、含硫量、裂解气流量等因素的影响，导致对乙烯装置急冷系统pH值控制系统的干扰多、影响大；第二，滞后性。由于加药后到pH值前端到后端测量之间距离的时间周期相对较长，因此极易导致调节不及时问题的出现；第三，耦合性强。乙烯装置急冷水塔中的一部分急冷水在经过处理之后通常会被当作工艺汽提塔的原料使用，因此，其pH值也在一定程度上对工艺水pH值产生着影响，同时，在汽提塔内，工艺水经汽提后塔顶气体通常情况下会返回急冷水塔，因此，其pH值也在一定程度上对急冷水pH值产生着影响；第四，非线性。在乙烯装置的运行过程中，pH值从一定程度上存在着不规律性，这就导致了加药量的难控制性。

3乙烯装置急冷系统pH值的自适应控制技术

针对现阶段乙烯装置急冷系统pH值控制系统的缺陷，拟结合参数自适应算法、自适应PID算法，从而研发一种乙烯装置急冷系统pH值的自适应控制系统，具体如下：控制算法是水质pH值调节加药自动控制系统设计过程中的关键所在，就现阶段的情况来看，我国所采用的一般是常规PID调节器加药控制系统，其存在滞后性、非线性以及负荷波动较大的情况不适用的问题。

pH值、流量处于非线性变化状态下，模型结构、过程参数均会出现一定的变化，为了能够满足实时控制，就需要PID参数能够实现在线调整，同时，参数整定也要摆脱对对象数学模型的完全依赖。参数自适应算法、自适应PID算法的结合应用，是解决上述问题的一个有效方法。自适应PID控制，有机结合了常规PID控制、自适应控制两者的优点，具有常规PID控制器可靠性高、鲁棒性好、结构简单的优势，同时，还具有可以良好适应被控过程参数变化、自动整定控制器参数、自动辨识被控过程参数的特点。通过参数自适应算法的应用，对以氨罐内浓度值、样水温度值以及样水pH值为主的被控变量和以加药流量值为主的操作变量进行在线连续测量，从而实现建立在被控变量基础上的过程参数辨识，之后构建控制过程模型。将得到的所有数据保存下来之后，按时间段比较分析，堆叠所有数据，形成变化量、变化指针，最终利用推理、变化量识别的方式，对过程参数进行整定、校正。对加药过程中急冷系统的pH值变化情况进行分析，并以此为根据，对加药系统的加药量进行优化调整，最终便可以得到加药量、pH值变化的滞后时间。

除此之外，乙烯装置急冷系统pH值的自适应控制系统与扩充响应曲线方法进行结合，在闭环条件下改进、优化递推算法，保持滞后时间不变、也就是PID控制器零极点不变的前提下，便可以实现PID增益的自适应。基于这样的原因，改进后扩充响应曲线法整定的PID控制器的零极点不受其他因素的影响，仅取决于时滞时间，对时滞一致的被控对象PID控制器，其参数控制仅存在增益不同的情况。由于其具有这样的特点，因此，确保PID零极点相同的前提下，就可以开展增益自适应规律的研究。除此之外，因为这种算法的鲁棒性较强，因此仅需要利用上述算法，便可以精准控制乙烯装置急冷系统的pH值。

4结论

乙烯装置急冷系统的pH值，在很大程度上影响着乙烯装置的安全、稳定运行，具体表现在：若是pH值过低，有可能对急冷水流经的设备造成腐蚀，从而降低乙烯装置的运行寿命，甚至会对乙烯装置的关键设备造成严重的损坏，从而导致停车事故的出现；若是pH值过高，则有可能导致急冷水塔中的液体发生乳化反应，从而出现水夹带油或者是油夹带水的现象，水夹带油往往会造成裂解炉炉管出现结焦的问题，油夹带水一般会严重破坏汽油分馏塔的平衡，这些均会给乙烯生产装置的稳定、安全运行造成严重的影响。

参考文献：

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