乙烯装置急冷水pH值自动化控制改造

张晓东++洪泽

[摘 要]本文阐述了乙烯装置急冻系统PH值所具有的重要性，以及乙烯装置急冻系统工艺流程和特点，最后对乙烯装置急冷系统PH值控制算法和自适应控制系统设计进行了分析。

[关键词]乙烯；急冻系统；PH值；自适应控制

中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0003-01

一、乙烯装置急冻系统PH值概述

对很多石油化工产品而言，乙烯是它们最主要的原料之一，因而这就使得乙烯装置在石化行业占据着重要地位。对于乙烯装置稳定运行来说急冻系统PH值控制是一项重要影响因素。以乙烯装置急冻系统PH值过高为例，一旦出现该问题容易致使急冻水塔液体因此而乳化，继而造成水夹油（或油夹水）情况，在这种情况下会使得乙烯装置运行安全性因为这两种混合液体破坏汽油分馏塔平衡以及裂解炉管道被烧焦而大大降低，甚至是产生人员伤亡的重大安全事故！而当乙烯装置急冻系统PH值低于要求时则容易造成水所流经设备被腐蚀，从而造成生产装置受损以及缩短其使用寿命。

由上述分析不难发现乙烯装置急冻系统PH值所具有的重要性。根据笔者研究可知，乙烯装置急冻系统PH值主要有三块所构成，即急冻水PH值、工艺水PH值以及稀释蒸汽发生器排出液PH值。鉴于乙烯装置急冻系统PH值所具有的重要性，现阶段对其有着众多的研究成果。譬如李书臣、于晓冬等人在辽宁抚顺乙烯化工廠乙烯生产装置中应用他们在分析急冻系统PH值所获得变化规律与控制特点而研究出来的无模型控制技术，结果显示它地应用将急冻系统PH值波动范围从之前1.70降至0.28。此外他们还在乙烯装置污水处理单元PH值控制系统中应用该技术，结果显示不尽控制器时刻处于自动状态，同时鲁棒性也很强。

二、乙烯装置急冻系统工艺流程和特点

乙烯装置急冻系统工作时其所回收余热源于裂解气余热，而进料的气体主要有馏出物气提塔、急冷油分馏塔以及水汽提塔塔顶总这三者生产中所产生气体。结合实践来看，乙烯装置急冻系统所进料的气体在急冷水塔中和循环水相互混合，这时能够将其温度降至40℃并输送至压缩系统中去。另外，因为循环水与进料气体相混合了这就造成了部分水体会带有苯、硫化氢或者氨这些污染物质，因此在急冻水进入稀释蒸汽发生系统前通常还要利用相关设备对其开展过滤、聚结以及汽提处理。与此同时，循环水与进料气体混合后会使得液体PH值因此而降低，此时应当将适量碱液或液氨注入其中，这样一来可以在有效调节液体PH值情况下避免诸如稀释蒸汽发生器、急冷水塔邓设备受到腐蚀。

但通过生产实践研究来看，采取碱液或液氨注入调节PH值的方式仍暴露出了以下缺点：第一，强耦合性。急冷水塔所产生的部分急冷水通过相关处理后会被送至工艺气提塔作为其原料，此时容易造成后者水的PH值因急冷水自身的PH值受到影响。其次，汽提塔中工艺水经内部循环后回到急冷水塔之中，而此时也会导致后者PH值受工艺水PH值影响；第二，干扰因素较多。结合实践来看，乙烯装置急冻系统PH值会受到诸如工艺水、急冷水、裂解气、氨、碱液一集稀释蒸汽液等多种物质的PH所影响；第三，非线性。采取碱液或液氨注入调节设备运行时PH值的方式会存在着不规律的情况，继而容易造成注入量难以准确把控；第四，滞后性。这种PH值调节方式还存在着滞后性的缺点，简单来说由注入至PH值有效检测需要经过一个较长的时间，这就对其及时调节带来了很大的影响。

三、乙烯装置急冷系统PH值控制算法

设计水质PH值调节加药自动控制系统一项重点在于它的控制算法。当前，我国研发的大部分家要控制系统都是选用普通PID调解器控制，不过，对于大滞后、非线性以及符合波动大的情况不使用。在PH值与流量非线性变化时，模型结构与过程参数都会出现改变，要想对有效达到实时控制需求，不但要保证参数正定并不完全对数学模型产生依赖，并且需要能够在线调整PID参数。而要想达到上述要求，一项重要途径就是参数自适应算法与自适应PID算法。其中自适应PID算法兼具普通PID控制与自适应控制的优势，其不但能够自动整定控制器参数、自动识别被控过程参数、适应被控过程参数的变化，并且还具有普通PID控制器的良好可靠性、鲁棒性好、结构简单等特点。第一，采取参数自适应算法，在线持续测量样水温度、样水PH、操作变量以及碱罐内浓度等被控变量，以有效便是被控变量过程的传输，构建起相应的模型。之后将所获得全部数据进行保存，且在特定时间短内进行比较，将全部数据转变为变化量与变化指针，运用推理和变化量识别的方法来对过程参数进行校正与整定。而且对PH值在加药时所产生的变化来对加药系统的加药量进行优化，从而将pH值变化和加药量之间的滞后时间有效确定下来。不仅如此，此系统采取扩充响应曲线法，在闭环情况下优化地推算法，在保证PID控制器零极点相同情况下，也就是滞后时间相一致基础上来自适应PID增益。所以，采用优化后的扩充响应曲线法整定的PID控制器的零极点只取决于系统的时滞时间。如果被控对象其时滞时间相一致，PID控制器参数控制致使增益有所区别。结合该特征，在确保PID零极点相一致情况下对增益自适应规律进行分析。因为这种算法其鲁棒性良好，所以仅需结合上面算法就能准确控制PH值。

四、乙烯装置急冷系统PH值的自适应控制系统设计

（1）PH在线测量分析系统

由急冷系统而来的样水是冷却水，在不流经任一减压设备的情况下进入测量系统，测量所得的PH值的精准度受样水压力波动的影响。所以，笔者在测量冷却水PH值时选用压力平恒系统的PH测量传感器，而且把测量所得数据传输到显示仪表中。其中显示仪表接口为RS-485，其输出的电流信号为4～20mA，方便传输数据到之后的加药注入系统中。选择进口双液接界作为PH电极，电极自带液扩展功能能够将灵敏度提升。此外，双液接界结构能够确保在高浓度低离子水中液接电位的一致，并控制标定所造成的PH偏差不大于0.1，其测量范围可达0-14。除此之外，使用专用的玻璃膜、凝胶作为电极材料，其具有酸碱性与高抗污染的特点，能够将由于电极漂移而导致测量的不稳定性降低。而且还稳定设计电位，将测量PH电极的数值稳定性切实提升。

（2）加药注入系统

加药注入系统是确保能够精准PH值，并且能够结合PH值变化情况来将碱液进行自动注入，以对其进行调节从而实现对指标的控制。把液位高度、PH测量值、开关量信号、报警等电流信号以及加药箱中的溶液浓度等输入到加药注入系统的控制器。控制器系统为西门子S7-300，添加专门的算法模块，计量泵电力转动速度主要是由控制变频器控制。计量泵分别对急冷水单元、工艺水汽提单元和稀释蒸汽发生器单元注入碱液，从而达到控制加药注入量的目的。

参考文献

[1] 于晓东，李书臣.乙烯装置急冷系统PH值先进控制应用[J].化工自动化及仪表，2010，37（10）：106-108.

[2] 雷军霞.PH先进控制系统在乙烯装置的应用[D].兰州理工大学，2013.

[3] 张晏崧.乙烯裂解急冷水PH值自动控制技术[J].石油化工腐蚀与防护，2015（3）：54-56.