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精馏塔温度控制方案优化及先进控制应用分析

在一个精馏塔，原设计的温度控制方案为用回流控制塔顶温度。但是随着装置运行，新的操作经验是：在进行塔顶温度控制时，灵敏板温度不能太低。灵敏板温度太低，会导致塔釜的轻组分含量超标，影响后系统的精馏效果。当灵敏板温度偏低时，操作工需要手动提高塔顶温度设定值。当灵敏板温度正常后，操作会手动恢复塔顶温度设定值到工艺要求范围。需要操作工的操作干预，说明该方案还存在问题、不够充分、有改进空间。可行的控制方案修改包括：

灵敏板温度控制。当塔顶温度不能反映产品质量时，选择新的温度点进行控制。

灵敏板温度超驰控制。当灵敏板温度不低时，如果希望仍进行塔顶温度控制。则可以在塔顶温度控制基础上，增加灵敏板超驰控制，两个温度控制的输出取小后调节回流。

这两个控制方案都需要在线下装。方案1会删除原有的塔顶温度控制。方案2要多一个温度控制回路和一个装置上从来没有用过的超驰选择模块，所以要复杂的多，好处是灵活性也更大。在先进控制中，如果将塔顶温度和灵敏板温度同时作为被控变量，将回流作为操纵变量，并不修改DCS的控制方案，就可以实现多种控制要求，例如：

只投用塔顶温度，摘除灵敏板温度就是塔顶温度控制；

只投用灵敏板温度，摘除塔顶温度就是灵敏板温度控制；

两个温度同时投用，自由度冲突时可以用加权系数进行协调；

两个温度同时投用。塔顶温度设定值控制，灵敏板温度范围控制，并设置为高优先级，就能实现灵敏板温度超驰控制。因为要优先保证灵敏板温度在范围内，这还是个双边超驰控制；

两个温度同时投用。塔顶温度范围控制，并设置为高优先级，灵敏板温度设定值控制，就能实现塔顶温度超驰控制。因为要优先保证塔顶温度在范围内，这也还是个双边超驰控制；

设置两个温度同时投用。将两个温度都设定值为区间，可以通过模型和参数实现温差控制。

在另一个精馏塔，原设计的塔釜温度控制是错误的控制方案。现在需要改为灵敏板温度控制，但是中部温度是灵敏板还是进料温度是灵敏板，流程模拟的数据和操作经验不一致。这影响了进行控制方案更新的决心。此时将这两个变量同时放到先进控制里，则可以尝试各种控制策略。在复杂工况下，先进控制系统（APC）相比传统DCS控制方案具有显著优势：

多变量协调能力：可同时处理10-20个过程变量；

约束动态管理：实时处理变化的工艺约束条件；

自由度灵活配置：支持控制结构的在线调整；

方案验证平台：允许不成熟控制策略的试运行；

抗干扰能力：内置前馈补偿和扰动抑制算法。

对于确定性控制方案，优先采用DCS常规控制。存在以下情况时应考虑先进控制：

工艺流程存在显著不确定性；

需要处理动态变化的约束条件；

涉及多自由度协调控制；

需进行控制策略验证和优化。

将所有的操作手段作为操纵变量，将可能的测量值作为被控变量是为了保证先进控制的灵活性，是为了处理不确定问题，所以先进控制会设计很多变量。这些变量可以根据实际工况灵活选择，并不一定全部都投用。先进控制系统设计的基本原则：1.操纵变量应包含所有可用调节手段；2.被控变量需覆盖关键质量参数；3.保留基础控制层通过分离简化。对先进控制的变量有效投用率进行管理，可能会误导控制器设计，不利于处理不确定性。