一种全新的精馏塔回流罐液位控制系统
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精馏操作是炼油、石化生产中一个十分重要的环节，精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产量和能量的消耗。
文本预览
化y自动化及仪表，2006,3 3(2):57-60
检测与控制装置
Controla ndI nstrumentsi nC hemicalI ndustry
一种全新的精馏塔回流罐液位控制系统
薛美盛，祁 飞，张庆武，孙德敏，吴 刚
(中国科学技术大学自动化系.合肥230027)
摘 要 : 针对某厂丁烯-1精馏装置运行中存在的问题，设计了一套全新的回流雄液位控制器结构。该方案
采用回流量作为控制量，实现对精馏塔回流雄液位的稳定控制，同时使采出量随回流量成比例变化，提高了精馏
塔LI流比的易调节性，通过DCS上组态与参数整定，实现了设计的拉制系统，取得了良好的控制效果，为后续的
优化工作做好了准备。
关 键 词 :粉馏塔;回流雄;回流比;组态;参数整定
中图 分 类 号二，T272 文献标识码:B 文章编号:1000-3932(2006)02-0057-04
1 引 言 左右，即回流罐进料量是采出量的45倍，回流量是
精 馏 操作 是炼油、石化生产中一个十分重要的 采出量的44倍。如果回流罐进料量随着塔顶压力
环节，精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产 的变化产生了5%的波动，为保持回流罐液位的稳
量和能量的消耗[rn.z1。而作为精馏塔系统中一个重 定，采出量势必也会变化，其变化幅度会达到
要的组成部分，回流罐的运行状况直接影响着塔顶 225%，这意味着采出量会有很大的波动，且回流比
物料平衡团，进而影响整个精馏塔的运行状况[r"s1 也会产生波动，无法保持在合适的水平上。而按照
因此，若回流罐系统的控制存在问题，则将会对整塔 工艺的要求，在进料量以及进料组分一定的情况下，
的运行造成不利的影响。本文针对某厂丁烯-1精馏 采出量与回流比都应尽可能保持稳定，以保证产品
装置回流罐在实际运行中暴露出的问题，提出了一 质量。这就直接导致了在考虑产品质量的前提下，
套全新的回流罐控制器结构，在DCS七组态实现， 用采出量作为控制手段对回流罐液位的控制能力有
收到了良好的实际应用效果。 限，无法实现对回流罐液位的有效控制。
2 装里原有运行情况概述
罗弱
某 厂 丁 烯-1精馏装置中的精馏塔回流罐结构如 、划 裂62
图I所示。若按照原有的系统设计方案，精馏塔回 理朋
端
流罐液位是由PID控制器通过调节采出量阀门来进 回砚
行控制。但是我们通过实验发现，按照系统原有设 50
时nr12l h16 20 24
计无法使回流罐液位实现自动控制，只能进行手动
控制。取回流罐液位在改变控制方案前24h 的运 图2 精馏塔回流罐液位原有运行曲线
行数据做出曲线，如图2所示。可见在手动控制下
回流罐液位有较大的波动。 3 回流罐液位控制方案
为实 现 回 流罐液位的稳定控制以及便于塔顶回
流比的调节，我们提出如下的回流罐液位控制方案，
其结构如图3所示。
回 流f 回流欲
322AF20 采出t 该 方 案将 回流罐液位的主要调节手段改为回流
321A F21
FV322A20 LV324A40 量，由PID控制器根据回流罐液位变化调节回流量
的设定值，实现对回流罐液位的控制161。此外为克
图I丁烯-1糟馏塔回流罐结构示意图
服由于回流罐进料量随着塔顶压力变化波动而造成
通 过前 期 的调研以及与技术人员的讨论，我们 的扰动，在回流阀开度中加人回流罐进料阀门开度
发现导致回流罐液位不能按照原设计方案进行控制 的前馈。
的最主要原因是采出量相对回流罐的进料量和回流
量过小。在正常生产条件下，该精馏塔回流比为44 收摘日期二2006-02-22(修改稿)化 工 自 动 化 及 仪 表 第33卷
同时 我 们 提出了根据回流量的变化调节采出量 度降低时，控制系统也会做出相应动作，降低回流
的设定值的方案，使采出量随回流量成比例变化，在 量，使塔底温度升高。
有外界扰动的情况下仍能保持回流比基本不变，确 4控制器组态与参数整定
保装置整体运行的平稳性，也便于后期进行装置节 4.1控制器组态
能优化工作时回流比的调节，而这一点是其它控制 首 先我 们 在1''S-3000D CS操作站上对装置的
方案无法实现的。按照此控制方案，回流比可实时 组态进行了修改，以实现事先设计的控制器结构[，]。
进行更改。在目前阶段回流比是由现场操作人员根 组态回路图如图4所示。
据装置当前运行情况给出，当丁烯装置在线优化项
目完成之后，可由优化程序根据在线色谱仪的检测
计算出优化的回流比，在保证塔顶产品质量符合工
艺要求的前提下降低装置蒸汽单耗，实现装置优化
节能运行状态。
采
出
妞
图4修改后的回流罐系统组态回路图
注:322AN20P3是形如击的低通滤波‘;C321ASW是使用
CL 语言编程实现的低选器;322AF20SW是选择采出量设定值
由 人工给定或程序给出的切换选择开关
图3回流罐液位控制器结构图
4.2控制器参数整定
由 于回 流 量与采出量共同对回流罐液位的调节
在 完成 控 制器组态工作后就可进行控制器参数
能力与单纯依靠采出量的调节能力相比有明显增
整定，其中最主要是PID控制器参数的整定。
大，在运行中可以保证回流罐液位的稳定，并且采出
PID 控 制 器的具体参数与过程所处的工况有
量的波动与原控制方案比也会小的多。为进一步确
关。一旦工况发生变化，要保证系统仍然能有较好
保塔顶产品质量，在回流量与采出量的比例关系间
的性能，控制器的参数也应作相应调整。传统的
加人低通滤波器，以减少由于回流量的高频扰动给
PID参数人工整定方式费时费力，而且由于工况变
采出量带来的不必要的波动。同时在控制系统中加
化而需要重新调整控制器参数时，由于生产过程的
人监督级，对塔顶采出量进行限幅。由监督级比较
连续性以及人工参数整定所需的时间较长，使得人
通过回流量和回流比计算出的采出量设定值与事先 工整定的困难较大。
给定采出量上限的大小，使塔顶采出始终不大于由
PID 自 动 整定是指通过计算机自动确定比例
系统负荷及进料成分所确定的最大采出量，防止由 带、积分时间常数和微分时间常数，使系统的某种控
于采出过多造成产品质量不合格。 制性能达到最优的PID参数整定方法。在这里，我
按 照此 方 案，不仅可以稳定控制回流罐液位，使 们采用基于模型的自整定方法来进行PID参数调
回流比稳定，而且还在一定程度上对塔底温度的稳
节，具体先使用相关系数法来对系统模型进行辨
定有所裨益。当塔底温度有变化时，回流量也会做
识[9]，在辨识出的模型的基础上进行PID参数寻优，
出相应变化，使塔底温度稳定。例如:当塔底温度升
获取最优PID参数。
高时，会造成塔顶馏出物增加，即进人回流罐的物料 在 采用 相 关系数法辨识出系统的模型参数之
量增大;此时，回流罐液位控制系统就会做出相应动 后，就可以对PID参数进行寻优。一般所谓的最优
检测与控制装置
Controla ndI nstrumentsi nC hemicalI ndustry
一种全新的精馏塔回流罐液位控制系统
薛美盛，祁 飞，张庆武，孙德敏，吴 刚
(中国科学技术大学自动化系.合肥230027)
摘 要 : 针对某厂丁烯-1精馏装置运行中存在的问题，设计了一套全新的回流雄液位控制器结构。该方案
采用回流量作为控制量，实现对精馏塔回流雄液位的稳定控制，同时使采出量随回流量成比例变化，提高了精馏
塔LI流比的易调节性，通过DCS上组态与参数整定，实现了设计的拉制系统，取得了良好的控制效果，为后续的
优化工作做好了准备。
关 键 词 :粉馏塔;回流雄;回流比;组态;参数整定
中图 分 类 号二，T272 文献标识码:B 文章编号:1000-3932(2006)02-0057-04
1 引 言 左右，即回流罐进料量是采出量的45倍，回流量是
精 馏 操作 是炼油、石化生产中一个十分重要的 采出量的44倍。如果回流罐进料量随着塔顶压力
环节，精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产 的变化产生了5%的波动，为保持回流罐液位的稳
量和能量的消耗[rn.z1。而作为精馏塔系统中一个重 定，采出量势必也会变化，其变化幅度会达到
要的组成部分，回流罐的运行状况直接影响着塔顶 225%，这意味着采出量会有很大的波动，且回流比
物料平衡团，进而影响整个精馏塔的运行状况[r"s1 也会产生波动，无法保持在合适的水平上。而按照
因此，若回流罐系统的控制存在问题，则将会对整塔 工艺的要求，在进料量以及进料组分一定的情况下，
的运行造成不利的影响。本文针对某厂丁烯-1精馏 采出量与回流比都应尽可能保持稳定，以保证产品
装置回流罐在实际运行中暴露出的问题，提出了一 质量。这就直接导致了在考虑产品质量的前提下，
套全新的回流罐控制器结构，在DCS七组态实现， 用采出量作为控制手段对回流罐液位的控制能力有
收到了良好的实际应用效果。 限，无法实现对回流罐液位的有效控制。
2 装里原有运行情况概述
罗弱
某 厂 丁 烯-1精馏装置中的精馏塔回流罐结构如 、划 裂62
图I所示。若按照原有的系统设计方案，精馏塔回 理朋
端
流罐液位是由PID控制器通过调节采出量阀门来进 回砚
行控制。但是我们通过实验发现，按照系统原有设 50
时nr12l h16 20 24
计无法使回流罐液位实现自动控制，只能进行手动
控制。取回流罐液位在改变控制方案前24h 的运 图2 精馏塔回流罐液位原有运行曲线
行数据做出曲线，如图2所示。可见在手动控制下
回流罐液位有较大的波动。 3 回流罐液位控制方案
为实 现 回 流罐液位的稳定控制以及便于塔顶回
流比的调节，我们提出如下的回流罐液位控制方案，
其结构如图3所示。
回 流f 回流欲
322AF20 采出t 该 方 案将 回流罐液位的主要调节手段改为回流
321A F21
FV322A20 LV324A40 量，由PID控制器根据回流罐液位变化调节回流量
的设定值，实现对回流罐液位的控制161。此外为克
图I丁烯-1糟馏塔回流罐结构示意图
服由于回流罐进料量随着塔顶压力变化波动而造成
通 过前 期 的调研以及与技术人员的讨论，我们 的扰动，在回流阀开度中加人回流罐进料阀门开度
发现导致回流罐液位不能按照原设计方案进行控制 的前馈。
的最主要原因是采出量相对回流罐的进料量和回流
量过小。在正常生产条件下，该精馏塔回流比为44 收摘日期二2006-02-22(修改稿)化 工 自 动 化 及 仪 表 第33卷
同时 我 们 提出了根据回流量的变化调节采出量 度降低时，控制系统也会做出相应动作，降低回流
的设定值的方案，使采出量随回流量成比例变化，在 量，使塔底温度升高。
有外界扰动的情况下仍能保持回流比基本不变，确 4控制器组态与参数整定
保装置整体运行的平稳性，也便于后期进行装置节 4.1控制器组态
能优化工作时回流比的调节，而这一点是其它控制 首 先我 们 在1''S-3000D CS操作站上对装置的
方案无法实现的。按照此控制方案，回流比可实时 组态进行了修改，以实现事先设计的控制器结构[，]。
进行更改。在目前阶段回流比是由现场操作人员根 组态回路图如图4所示。
据装置当前运行情况给出，当丁烯装置在线优化项
目完成之后，可由优化程序根据在线色谱仪的检测
计算出优化的回流比，在保证塔顶产品质量符合工
艺要求的前提下降低装置蒸汽单耗，实现装置优化
节能运行状态。
采
出
妞
图4修改后的回流罐系统组态回路图
注:322AN20P3是形如击的低通滤波‘;C321ASW是使用
CL 语言编程实现的低选器;322AF20SW是选择采出量设定值
由 人工给定或程序给出的切换选择开关
图3回流罐液位控制器结构图
4.2控制器参数整定
由 于回 流 量与采出量共同对回流罐液位的调节
在 完成 控 制器组态工作后就可进行控制器参数
能力与单纯依靠采出量的调节能力相比有明显增
整定，其中最主要是PID控制器参数的整定。
大，在运行中可以保证回流罐液位的稳定，并且采出
PID 控 制 器的具体参数与过程所处的工况有
量的波动与原控制方案比也会小的多。为进一步确
关。一旦工况发生变化，要保证系统仍然能有较好
保塔顶产品质量，在回流量与采出量的比例关系间
的性能，控制器的参数也应作相应调整。传统的
加人低通滤波器，以减少由于回流量的高频扰动给
PID参数人工整定方式费时费力，而且由于工况变
采出量带来的不必要的波动。同时在控制系统中加
化而需要重新调整控制器参数时，由于生产过程的
人监督级，对塔顶采出量进行限幅。由监督级比较
连续性以及人工参数整定所需的时间较长，使得人
通过回流量和回流比计算出的采出量设定值与事先 工整定的困难较大。
给定采出量上限的大小，使塔顶采出始终不大于由
PID 自 动 整定是指通过计算机自动确定比例
系统负荷及进料成分所确定的最大采出量，防止由 带、积分时间常数和微分时间常数，使系统的某种控
于采出过多造成产品质量不合格。 制性能达到最优的PID参数整定方法。在这里，我
按 照此 方 案，不仅可以稳定控制回流罐液位，使 们采用基于模型的自整定方法来进行PID参数调
回流比稳定，而且还在一定程度上对塔底温度的稳
节，具体先使用相关系数法来对系统模型进行辨
定有所裨益。当塔底温度有变化时，回流量也会做
识[9]，在辨识出的模型的基础上进行PID参数寻优，
出相应变化，使塔底温度稳定。例如:当塔底温度升
获取最优PID参数。
高时，会造成塔顶馏出物增加，即进人回流罐的物料 在 采用 相 关系数法辨识出系统的模型参数之
量增大;此时，回流罐液位控制系统就会做出相应动 后，就可以对PID参数进行寻优。一般所谓的最优
