常压塔温度控制系统讲解
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常压塔温度控制系统
第五组成员：杨文元 贺俊杰 孙伟东 张 泽 赵 崇
常压塔的工艺路线
国内大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用的典型三段汽化常减压蒸馏流程：
常压塔的工艺流程图
炼油厂常压塔总体流程图
常压蒸馏预处理后的原油经加热后送 入常压蒸馏装置的初馏塔,蒸馏出大部 分轻汽油。初馏塔底原油经加热至 360～370°C，进入常压蒸馏塔（塔 板数36～48），该塔的塔顶产物为汽 油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶 的轻汽油一起可作为催化重整原料， 或作为石油化工原料，或作为汽油调 合组分。常压塔侧线出料进入汽提塔， 用水蒸气或再沸器加热,蒸发出轻组分， 以控制轻组分含量。一线为即航空煤 油，二线为轻柴油馏分，三线为重柴 油，塔底产物即常压渣油(即重油)。 在石化工业中，许多原料中间产品或 粗成品往往是右若干成分组成的混合 物，需要经过精馏过程进行分离。 精馏是利用混合液中不同组分挥发温 度的差异将各组分分离的过程。 精馏塔是精馏过程的关键设备，是过 程控制的重要控制对象。
⑷ 注意工艺操作的合理性、经济性。
简单控制系统由四个基本环节做成，被控对象、测量变送装置、控制器、 执行器四个部分的传递函数分别为Go(S),Gm(S),Gc(S),Gv(S)。简单控制 系统是最基本的控制系统。约占工业控制系统的80%以上。只有在简单 控制系统不能满足生产更高要求的情况下，才用复杂控制系统。 单回路控制系统是最基本的控制系统，由于其结构简单，投资少，易于 调整，操作维护比较方便，又能满足此系统的控制要求。所以本套系统 可采用简单的单回路控制。系统的流程图如下：
系统的框图如下：
精馏段控制的系统框 图
图中Gc1(S)为主控制器；Gc2(S)为副控制器；Gv(S)为控制器； Go2(S)为回流量QL；Go1(S)精馏塔的塔板温度。
精馏段温度控制系统有如下特点
（1）用精馏段的温度作为间接质量指标，能较迅速、直接的反映 提馏段产品质量。在以塔顶采出物为主要产品，对塔顶产品成分的 纯度要求高于对塔低产品成分的要求时，往往采用精馏段温度控制 系统方案。 （2）当干扰首先进入精馏段时，例如进料产生的干扰首先引起精 馏段和塔顶参数的变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响应 比较迅速。 （3）串级控制系统的流量回路岁回流罐液位与压力、精馏塔内压 力等于干扰对回流量的影响有较强的抑制，可实现被控参数的高精 度控制。
常压塔温度控制系统设计
• 被控参数的选择:塔顶馏出物(或塔底残液)的浓度应选作被控参数，
因为它最直接地反映了产品的质量。目前对成分的测量尚有一定困难， 于是一般采用塔顶(或塔底)温度代替浓度作为被控参数。
• 温度变送器和调节器的选择:目前在工业领域被广泛采用的是
DDZ-Ⅲ型仪表(采用了线性集成电路,长期运行中稳定可靠，扩大了调 节器的功能，易于组成各种变型调节器)。
• 执行器的选择：从生产工艺的安全考虑，一旦控制系统发生故障，
要保证人身的安全，炼油厂的精馏塔温度控制 • 系统，不可以让精馏塔处于太低的温度，所以 • 执行器应选择气关阀。
ห้องสมุดไป่ตู้
气关阀
精馏塔控制系统的组成与结构
炼油厂常压塔是一种精馏塔，进入常压塔的油品经过精馏被 分离成塔顶汽油，塔底重油，一线航空没有，二线轻柴油，三 线重柴油，等三个侧线产品。工艺要求塔顶出口温度应保持在 70±0.5℃，一线温度应保持在60±0.5℃。 在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克 服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有 “粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控 制品质得到进一步提高。当以塔顶采出液为主要产品时，往往 以精馏段的温度为衡量质量的间接指标，这时可选精馏段某点 温度作为被控参数（间接反应塔顶采出液的纯度），以回流量 QL作为被控变量做成单回路控制系统，亦可以组成串级控制系 统。
根据过程特性选择控制参数的一般原则 ⑴ 选择过程控制通道的放大系数要适当大一些；时间常数要适当 小一些；纯时延愈小愈好，在有纯时延的情况下，与之比应小一些 (小于1)，若其比值过大，则不利于控制。
⑵ 选择过程扰动通道的放大系数应尽可能小；时间常数要大；扰 动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量时延愈大， 则有利于控制。 ⑶ 广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选 择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时问 常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。
串级温度控制系统是常见的精馏段温度控制方案，如下图：
精馏段温度控制系统
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回 路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成； 主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、 副过程和主过程构成。串级控制系统采用两套检测变送器 和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的 设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称 为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参 数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它 所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳 定主变量而引入的辅助变量。
一线温度控制系统
一线温度控制系统框图
一线温度控制系统设计
对于炼油厂常压塔温度控制系统中一线温度的检测，可以用简单 控制系统实现，生产过程是按质量指标进行控制，按理应该以直接 反应产品质量的变量作为被控参数，但有时由于缺乏检测直接反应 产品质量参数的有效手段，无所岁产品质量作为直接检测；所以对 炼油厂精馏塔出口产品的检测就转化为对一线温度的检测，蒸馏塔 的一线出口温度是被控参数，从而间接检测产品质量。温度变送器 TT将采集到的出口温度的信号送入温度控制器TC,控制器通过控制调 节阀的开度，进而调节了进入精馏塔的冷凝水的量，从而控制了温 度，使之保持在被控参数上。
第五组成员：杨文元 贺俊杰 孙伟东 张 泽 赵 崇
常压塔的工艺路线
国内大型炼油厂的原油蒸馏装置多采用的典型三段汽化常减压蒸馏流程：
常压塔的工艺流程图
炼油厂常压塔总体流程图
常压蒸馏预处理后的原油经加热后送 入常压蒸馏装置的初馏塔,蒸馏出大部 分轻汽油。初馏塔底原油经加热至 360～370°C，进入常压蒸馏塔（塔 板数36～48），该塔的塔顶产物为汽 油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶 的轻汽油一起可作为催化重整原料， 或作为石油化工原料，或作为汽油调 合组分。常压塔侧线出料进入汽提塔， 用水蒸气或再沸器加热,蒸发出轻组分， 以控制轻组分含量。一线为即航空煤 油，二线为轻柴油馏分，三线为重柴 油，塔底产物即常压渣油(即重油)。 在石化工业中，许多原料中间产品或 粗成品往往是右若干成分组成的混合 物，需要经过精馏过程进行分离。 精馏是利用混合液中不同组分挥发温 度的差异将各组分分离的过程。 精馏塔是精馏过程的关键设备，是过 程控制的重要控制对象。
⑷ 注意工艺操作的合理性、经济性。
简单控制系统由四个基本环节做成，被控对象、测量变送装置、控制器、 执行器四个部分的传递函数分别为Go(S),Gm(S),Gc(S),Gv(S)。简单控制 系统是最基本的控制系统。约占工业控制系统的80%以上。只有在简单 控制系统不能满足生产更高要求的情况下，才用复杂控制系统。 单回路控制系统是最基本的控制系统，由于其结构简单，投资少，易于 调整，操作维护比较方便，又能满足此系统的控制要求。所以本套系统 可采用简单的单回路控制。系统的流程图如下：
系统的框图如下：
精馏段控制的系统框 图
图中Gc1(S)为主控制器；Gc2(S)为副控制器；Gv(S)为控制器； Go2(S)为回流量QL；Go1(S)精馏塔的塔板温度。
精馏段温度控制系统有如下特点
（1）用精馏段的温度作为间接质量指标，能较迅速、直接的反映 提馏段产品质量。在以塔顶采出物为主要产品，对塔顶产品成分的 纯度要求高于对塔低产品成分的要求时，往往采用精馏段温度控制 系统方案。 （2）当干扰首先进入精馏段时，例如进料产生的干扰首先引起精 馏段和塔顶参数的变化，故用精馏段温度控制比较及时，动态响应 比较迅速。 （3）串级控制系统的流量回路岁回流罐液位与压力、精馏塔内压 力等于干扰对回流量的影响有较强的抑制，可实现被控参数的高精 度控制。
常压塔温度控制系统设计
• 被控参数的选择:塔顶馏出物(或塔底残液)的浓度应选作被控参数，
因为它最直接地反映了产品的质量。目前对成分的测量尚有一定困难， 于是一般采用塔顶(或塔底)温度代替浓度作为被控参数。
• 温度变送器和调节器的选择:目前在工业领域被广泛采用的是
DDZ-Ⅲ型仪表(采用了线性集成电路,长期运行中稳定可靠，扩大了调 节器的功能，易于组成各种变型调节器)。
• 执行器的选择：从生产工艺的安全考虑，一旦控制系统发生故障，
要保证人身的安全，炼油厂的精馏塔温度控制 • 系统，不可以让精馏塔处于太低的温度，所以 • 执行器应选择气关阀。
ห้องสมุดไป่ตู้
气关阀
精馏塔控制系统的组成与结构
炼油厂常压塔是一种精馏塔，进入常压塔的油品经过精馏被 分离成塔顶汽油，塔底重油，一线航空没有，二线轻柴油，三 线重柴油，等三个侧线产品。工艺要求塔顶出口温度应保持在 70±0.5℃，一线温度应保持在60±0.5℃。 在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克 服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有 “粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控 制品质得到进一步提高。当以塔顶采出液为主要产品时，往往 以精馏段的温度为衡量质量的间接指标，这时可选精馏段某点 温度作为被控参数（间接反应塔顶采出液的纯度），以回流量 QL作为被控变量做成单回路控制系统，亦可以组成串级控制系 统。
根据过程特性选择控制参数的一般原则 ⑴ 选择过程控制通道的放大系数要适当大一些；时间常数要适当 小一些；纯时延愈小愈好，在有纯时延的情况下，与之比应小一些 (小于1)，若其比值过大，则不利于控制。
⑵ 选择过程扰动通道的放大系数应尽可能小；时间常数要大；扰 动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量时延愈大， 则有利于控制。 ⑶ 广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选 择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时问 常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。
串级温度控制系统是常见的精馏段温度控制方案，如下图：
精馏段温度控制系统
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回 路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成； 主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、 副过程和主过程构成。串级控制系统采用两套检测变送器 和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的 设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称 为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参 数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它 所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳 定主变量而引入的辅助变量。
一线温度控制系统
一线温度控制系统框图
一线温度控制系统设计
对于炼油厂常压塔温度控制系统中一线温度的检测，可以用简单 控制系统实现，生产过程是按质量指标进行控制，按理应该以直接 反应产品质量的变量作为被控参数，但有时由于缺乏检测直接反应 产品质量参数的有效手段，无所岁产品质量作为直接检测；所以对 炼油厂精馏塔出口产品的检测就转化为对一线温度的检测，蒸馏塔 的一线出口温度是被控参数，从而间接检测产品质量。温度变送器 TT将采集到的出口温度的信号送入温度控制器TC,控制器通过控制调 节阀的开度，进而调节了进入精馏塔的冷凝水的量，从而控制了温 度，使之保持在被控参数上。