[01378098]变工况条件下轻烃回收装置控制系统优化技术研究

一、课题背景 天然气公司油气处理再加工的一个主要生产目的就是从天然气中提取轻烃,提高轻烃采收率的最直接有效的手段就是尽可能降低天然气的制冷温度,制冷程度越深,轻烃回收率越高。影响天然气制冷深度的因素有很多,在众多影响因素中天然气加工设备中各个透平机的制冷效果起着关键性的作用。由于天然气制冷过程需要控制多台透平机协调工作,工艺复杂制冷条件恶劣,并且透平机本身能耗极大,如何合理地协调控制各透平机在安全、稳定的前提下工作在最佳的运行状态,以达到节能降耗的目的,一直是天燃气公司迫切解决的问题之一。 大庆天燃气分公司自从上个世纪八十年代以来,陆续建设投产10多套天然气浅冷、深冷处理装置,这些装置在设计时,与常规的化工单元操作相同,均只采用了单回路PID控制,并且未考虑各透平机间的相互耦合作用以及周围环境气温变化对工艺参数的影响,控制策略简单,控制效果不佳,造成了极大的能源浪费的同时也增加了企业的生产成本。 深入研究天然气加工流程以及透平机的工作机理的基础上,开展轻烃回收装置透平机控制系统优化研究,以完善现有控制系统。本项目采用T-S模糊建模方法建立装置的动态运行模型,并依据所建模型特点提出利用广义预测控制策略对整套系统进行协调控制,实现整套控制系统的最优控制,达到节能、增产的目的。 二、主要研究内容 在天然气浅冷（包括深冷）装置中,透平机是核心设备。透平机是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器,包括天然气加工中的压缩机、膨胀机等。天然气冷却过程中存在的问题,与透平机的运行控制水平有着直接关系。然而,透平机（包括压缩机、膨胀机等）是一个具有惯性、大滞后、多变量、时变参数的复杂控制对象,其工作机理比较复杂。若采用线性模型近似或者选择近似非线性数学模型等传统的系统建模方法,不仅建模误差大,而且会有局限性,很难得到令人满意的结果。开展变工况条件下轻烃回收装置控制系统优化研究,建立装置动态优化控制模型,可根据环境温度变化,研究适宜的操作参数,以能耗低、收率高为优化目标,对装置的操作条件进行优化,选择典型装置的关键可变设备,建立对整个系统产生影响的控制模型,制定优化方案,完善现有控制系统,实现操作参数随环境气温变化进行调整,达到节能、增产的目的。 三、推广应用情况 大庆油田有限责任公司天然气分公司参考该课题的研究成果,对公司的轻烃回收装置控制系统中透平机控制系统进行了优化。该项目提高了轻烃收率并且降低了能耗,在自动变工况以及自动变负荷的条件下都得到了良好的控制。研究成果实施后： （1）系统控制实现随工况变化动态调节,达到系统优化运行; （2）生产试验装置轻烃收率提高0.5%-1%; （3）节约能源在5%以上。 通过系统优化控制研究,可在生产条件发生改变时及时调整装置操作参数,有效地减少装置的非正常生产时间,对装置提高产品质量、实现优化生产、降低能耗、增加经济效益具有一定的指导意义。 四、社会效益 本项目能够提高企业对轻烃回收装置的运行管理水平,降低工人劳动强度,并且由于使用了各种先进的控制策略保证了整套系统安全、稳定运行的同时提高了系统的控制精度并降低了系统的能耗,因此本项目具有一定的社会效益。 五、获奖情况 中国石油和化工自动化应用协会 科技进步三等奖 大庆市科技进步一等奖