常减压蒸馏装置的优化操作
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＋Ｇ ， Ｊ１ － － 日 ）
将其代 入式 （ １ ） ～（ ４ ） ，可得简化的二次规
划． 问题 为 －
口－ 、口 ～一 常 压 炉 进 、 出 口比 焓 （ ｋ Ｊ
／ ｋ ｇ ） Ｊ
ｍｉ ｎ
＋÷ ｄ Ｉ 露 ｄ （ ６ ）
日 、日： 一一 斌 压 护 进 、 ’ 出 口比 焙 （ ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ ） ＇ Ｇ 、Ｇ ＿一 常城 压炉 入 口流 量 （ ｋ ｇ ／
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第 ８期
石
油
炼
制
・｛ ７・
常减压 蒸 馏装置 的优 化 操 作
张 凡 沈 静珠 陈 丙 珍
（ 清 华大学 化工系）
为 了实现常 减压蒸 馏装置 的优化 操 作， 并 探讨
Ｐ 为基 础 的化工 流程忧化 方法对 于
实 际 复杂装置 的优 化能力 ，本文 采用ＲＦ Ｖ芷对 常 撼压蒸馏 装置 进行 了 能耗最 低为 目标 的优化 。通过 计算 找到 了一套适 台于该 装置 的 凋｛ 尤 因子 ，优 化结果 可取 得一定 舶 经 济
效 益。
过 程 慢 ， 改 进 幅度小 。
一
、
前
言
本工作采 用的模拟调优法是 以建立过程
的模 拟 模 型为 苍 础 ，通 过操 作 条 件 与 目标 的 定量 模 型 及 优化 方法 计 算 最 优 的操 作 条 件 。 此 法 在 模 型 的建 立上 有一 定难 度 ，但 通 用 性
和 Ｈｕ ｇ ｈ ｅ ｓ “ 提 出的 Ｃ ＦＶ、ＲＦ Ｖ法 。这 些 方 法 利 用 了梯 度 方 面 的 信息 ，且 在 需 要 时可 使
模拟与优化 同时收敛 ，大大 提高 了优化搜索
的 效 率 但 是 ， 目前 对 于 以上 优 化 方 法 的研 究还 带 有 较 强的 理 论 性 ，其 研 究 的 系 统还 比较 简
况 。 与 此 同 时， 在运 行 的过 程 中， 所 追 求 的
非 常 话 跃 。特 州 是Ｈａ ｔ与Ｐ ｒ ｏ ｗｅ ｌ ｌ 于１ ９ ７ ７ 年 提 出 了逐 次 二 次 规 划 法 （ Ｓ ＱＰ ） 以后 ，许 多 以
其 为 核 心 的优 化 方 法椴 继 出现 ，如 Ｐ ｅ ｒ ｋ ｅ ｒ 和 Ｈｕ ｇ ｈ ｅ ｓ 提 出 的 ＱＡＰ 、Ｑ／ ＬＡＰ法 ，］ ３ ｉ ｅ ｇ ｌ － ｅ ｒ 和 Ｈｕ ｇ ｈ ｅ ｓ 提 出 的Ｉ Ｐ Ｏ Ｓ ＥＱ 法 及 Ｂｉ ｅ ｇ ｌ ｅ ｒ
ｈ） 。
ｓ 。ｔ ． ｇ（ ，， ）＋ 。 ｇ （ ， ） ＞ ／ ０ （７）
（ Ⅳ ， ）十 ｃ （ ， ， ） ＝０ （８）
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第 ８期
烁
臣｝ ｌ
ｌ ｔ Ｆ Ｖ 法 框 图
２ ．决锥 变量 （ 调 优 变 量 ） 的 选择 常减 压蒸 馏 装置 的 主 要操 作 参 数 为 过 气
５ 切 割 变 量 与 从属 变 量 的 选 择
程。
等 式 约 束 即为 使 模 拟 收 敛 ， 共 有 ５个方 将 以上 各 项 综 合 ，本 优化 问题 共 有 ５个 决 策变 量 、 ５ 个 纫割 变 量 、 ７个 从属 变 量 、 １ ６ 十不 等 式 约 束 和 ５个 等 式 约束 。显 然 这 个 问题 是 比 较复 杂 的 。
单 ，变量 个数迹 比较 少 。对 于 常 减 压蒸 馏 装 置 这 样 一 个变 量 ｝ 多 、模 块 复 杂 、 相 平衡 和 热 平 衡 非 线 性都 识 强 的精 馏 问 题 ，能 否 应 用 Ｓ ＱＰ 类 的 方 法进 行 优 化 ，还 需 要 进 行 许 多探
索。
本工作在分析 系统特点的基础上选拇了 可行 法 中 的ＲＦ Ｖ 法 对 系 统 进行 优 化 。 为 了有
和 模 拟调 优 法 。 统计 谰 优法 是 以经 验 的 统 计 为基 础 的 ， 方 法 主 要 有 ＥＶＯ Ｐ、Ｍ－ ＥＶＯ Ｐ、Ａ— ＥＶ一 ） Ｐ 等ｎ 。 它们 的特点 是通 过 实 验 来 改 变授 作条 件 ，从 而达 到对 产 量 、 质 量 等 目标 的改 进 ， 统计 法 对 于 改进 目标 与 操 作 条件 不用 进行 明 确的 数 学 关 联 ，对 装 置的 针 对 性 强 ，但 改 进
＝
ｃ（ ， ｒ） —— 设 计 等式 约索
＾（ ， ｙ） —— 踟割 方 程 的 等 式 约 柬
由于 ＲＦＶ为 可行 法 ，其 各个 点 满 足 ：
（Ⅳ ， ｙ） ０
所 以 ，
，
＝ ＋ 嚣△ ｙ ＝ ０
△ 一 一 （ ）（ 等） 血 ㈩
式中
加 热 炉 托 耗 ＝Ｇ（ 日： ～日－ ）
汽 提蒸 汽 量 是 能 耗 的 直接 指 标 ，应 尽 量
节 省 。 但 由于 汽 提 蒸 汽 量 一般 只 占 能 耗 的 ５ ，所 以不 选 作 决 策 变量 。
式 中 ｌ ｚ 、ｌ ｓ 一 ～ 常 一 中、 常 二 中 回流取 热
比｝
。 ， ａ — — 减 一 中、减 二 中回 流 取热
利 的 。因 此 本文 将其 选为 决 策 变 量 。
一
般在１ ～４ 较合 理 ， 刚有 约束
。
１ ０≤ ｅ ｏ ≤ ４． ０
常 压 塔 的 回流热 分配 在 塔 顶 、 一 中、 二
中三 个部 位 ，高 温 位 多取 热显 然 对 换 热 十 分
式中
ｅ 。 ｒ — — 常 压 塔 气 化 段 过 气化 率 。 问 理 ，各 中段 回流 比给 出 一 定 范 围为
～ ｄ Ｂ‘
ｇ（ ， ） ≥ Ｏ
（１）
（２）
。
’
ｃ ， ， ）＋ ｒ ｃ “， ｒ ） ｄ ０
（ Ⅳ ｙ）＋ （ ，ｙ） ｄ一 ０
（３）
（４ ）
个 装 置 的 滑 优 目标 可是 多方 面 的 ，如
式 中
（ ， ，） — — 目标 函数 ｊ
式中
ｄ为 的 改进 方 向 。
［ 岳一 （ （ 等）击］
（９）
法对 于复 杂 实 际 装 置 的优 化 齄 力 。
由式５ 韵 ｙ改进 方 向为 ：
＝ 一
二 、 ＲＦＶ法 筒 介
ＲＦＶ法 的 垒 称 是 ］ Ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ Ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｎ ｔ ， 印葡 他 的 可 行 法 。ＲＦＶ法 列 ｊ 每
一
．
般 优 化 问题 的 二 次规 划形 式 为 ：
１
三 优 化模 型 的分 析
对 于 常 减压 燕 馏 装 置 的 优化 ，首 先 魁 根 据 物 理 过程 选择 目标 函数 ，决 策 变囊 及约 束
条件 。 １ ． 目标 函截 的逸 择
一
、
ｍｌ ｎ Ｖ￣
ｓ ． ｔ ． ｇ（ ， ， ）
一
（ ＼ ｄ ｖ ）（ ／ 苦 ｄ ） ， ” 、 ㈣， …
பைடு நூலகம்
图 １是 Ｉ Ｒ ＦＶ 溘的 计 算框 图 ， 为 了减 少 编 程 的复 杂性 ，本 文 在 一 维搜 索 时 采用 了定 步
长 的 作法
个点 的 模拟 都进 行 收敛 ，并 避 过 蒿 促 使
韶 方程 不在 二 次 规 划 ＿ 中出现 ，所 班二 次 规划 的 求解 辕简 单 。
出 口温度 、油 品性 质 及 气 化段 分 压 等 因 素 的
样 ，浊品性质 及气化段分压引超 的过气化率 变 化 就无 法 调 节 。而 兰 州 炼 油化 工 总 厂 的 统计数 据表 明，提高１ 的过气化 率 会增加
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２ 的炉 负 荷 。这 对 于 降 低能 耗显 然 是 不
耗） 。考 麻 珂 水 、 电在 蒽 能 牦 中只 占 较 小 比 例 ｔ 约为 １ ０ ％） ，且 波 动幅 度 较 小 ，可 以 认 为 是 常数 。从 后 面 对 于 汽 挺蒹 汽 的讨 论 可 知 箕 不作 为 决 策 变量 ，所 以蒸 汽 消 耗也 作为
常 数 处理 。 由此 ，常 减压 装 置 的实 际 且标 函 数 为：
— —
产量、质量 能 灌及环保等 ，选择对要做具
体分析 。
决 策 度量 ；
ｙ一 一 切翔变量，
由于 我 们 认为 常碱 压 蒸 馏 装 置 的 优 化是
ｇ（ ， ｒ） — — 发计不 等 约索 ＇
，＝ ，（ ， ｙ） — — 从 鼹笠 量 ｊ
在企业优化撵产 曲前提下进行的。 ，所以其 余豁 曼标 中能耗 显然是非常重要的因素，因 此我 们 以它 作为 目标 函数 ，郎 ｔ如 ＝装 置 总 能耗 （ 包括燃 料诮耗 ＋水耗 ＋电耗 ＋蒸汽消
强 ，寻 优 迅 速 且 调 优 幅度 大 。 近 年 来 ，对 于化工 系 统 优化 方 法 的 研 究
对 于现 有 的 牛产 装 置 ，包 括一 些 进 口的 比较 先 进 的 成 套 装 置 ， 即使 它们 都是 在 设计
的最 佳 操 作 条 件下 运行 ，通 常也 有很 大 的 改 进 余 地 。这 是 因为 这 些最 佳 条 件 都 是针 对 某 个设 计 工 况 及某 个 目标 而 言 的 。在 实际 运 行 时 ，工 况往 往 会 起变 化 ，铡 如 原油 和 产 品 性 质 的 变 化 ，原 材 料 产 品 、 能源 价 格 的 变 化 以及 产 品方 案 的变 化等 等 。这 就 使 得 一 些 生 产装 置 的操 作 工 况 在不 同程 度 上 偏 离 设 计工
比
过 剩 空 气系 数 由于 已存 在 较 成 熟 的 监 测 、 反 馈 系 统 ， 所 以不 再 对 其调 优 。 综 合 以 上情 况 ，我 们 选 择 了 对 目标 函 数 影 响 较 大 的过 气化 率 、 常 减压 塔 中段 回流 取 热 比作为 调优 的决 策 变 量 。
讶 剖 变量 选 择 了常 压 塔 柏 五 个 抽 出 温
度。 从 属 变量 ，为 直 接 影 响 目标 函数 和 约 束
目标 也不 尽与 设 计 目标 相 同 。为 了 使 各 装 置 维 持在 高水 平 上操作 ， 有必 要 随 时 对 Ｅ 一 级 下 达 的生 产 任 务 根 据某 种 预 期的 口标 ，如 降低 原 料 或 能量 的 消耗 等 ，寻 找 较 优 的操 作 条件 。 寻找 最 优操 作 条 件 的 方 法 有 统 计调 优法
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・４ ８・
ｌ ９ ９ ０ 年
效 地 运 用这 一方 法 ，对 如 何 选 取 台适 的 罚 参数 （ 库 恿塔 克 误差 ，扰 动 系 数 ， 模 拟 精 度 ） 及 标 度 系 数进 行 了研 究 。忱 化 工作 除 了
可 以指 导实 际 生 产 外 ，也可 以撩 讨 ｓ ＱＰ类方
０． ］ ５ ≤岛≤０ ． ４ ０
０． ２ ０≤ ≤ Ｏ． ５ ０ ０． ： ２ ０≤ ≤ ０． ４０
０． ２０ ≤ 仉 ≤ Ｏ． ４０
有 利 ，但 顶 回流 太 少又 会影 响产 品质量 ， 因 此 要通 过优 化 选 择 适 当值 。减压 塔 情 况 与 常
压 大 致 相 同 ，减 一 中、 二 中回流 量 大 ，温 位 较 高 。 它们 的 分 配 对 换热 也 有较 大 影 响 。
函数 。在 实 际生 产 中 ，炉 出 口温 度捉 工艺 卡 片 规 定 下 来 ，无 论 原 油 性质 、产 品产 率 发 生 什 么空 化 ，操 作 者 都 执 行 同一 指 标 。这
化率 、常压及减压 的中段回流 取热 比、汽提 蒸汽量、炉过剩空气系数及温度、压力等。 过 气 化率 对 于 能 耗 有 显 著影 响 ，它 是炉
将其代 入式 （ １ ） ～（ ４ ） ，可得简化的二次规
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常减压 蒸 馏装置 的优 化 操 作
张 凡 沈 静珠 陈 丙 珍
（ 清 华大学 化工系）
为 了实现常 减压蒸 馏装置 的优化 操 作， 并 探讨
Ｐ 为基 础 的化工 流程忧化 方法对 于
实 际 复杂装置 的优 化能力 ，本文 采用ＲＦ Ｖ芷对 常 撼压蒸馏 装置 进行 了 能耗最 低为 目标 的优化 。通过 计算 找到 了一套适 台于该 装置 的 凋｛ 尤 因子 ，优 化结果 可取 得一定 舶 经 济
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和 Ｈｕ ｇ ｈ ｅ ｓ “ 提 出的 Ｃ ＦＶ、ＲＦ Ｖ法 。这 些 方 法 利 用 了梯 度 方 面 的 信息 ，且 在 需 要 时可 使
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等 式 约 束 即为 使 模 拟 收 敛 ， 共 有 ５个方 将 以上 各 项 综 合 ，本 优化 问题 共 有 ５个 决 策变 量 、 ５ 个 纫割 变 量 、 ７个 从属 变 量 、 １ ６ 十不 等 式 约 束 和 ５个 等 式 约束 。显 然 这 个 问题 是 比 较复 杂 的 。
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和 模 拟调 优 法 。 统计 谰 优法 是 以经 验 的 统 计 为基 础 的 ， 方 法 主 要 有 ＥＶＯ Ｐ、Ｍ－ ＥＶＯ Ｐ、Ａ— ＥＶ一 ） Ｐ 等ｎ 。 它们 的特点 是通 过 实 验 来 改 变授 作条 件 ，从 而达 到对 产 量 、 质 量 等 目标 的改 进 ， 统计 法 对 于 改进 目标 与 操 作 条件 不用 进行 明 确的 数 学 关 联 ，对 装 置的 针 对 性 强 ，但 改 进
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强 ，寻 优 迅 速 且 调 优 幅度 大 。 近 年 来 ，对 于化工 系 统 优化 方 法 的 研 究
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目标 也不 尽与 设 计 目标 相 同 。为 了 使 各 装 置 维 持在 高水 平 上操作 ， 有必 要 随 时 对 Ｅ 一 级 下 达 的生 产 任 务 根 据某 种 预 期的 口标 ，如 降低 原 料 或 能量 的 消耗 等 ，寻 找 较 优 的操 作 条件 。 寻找 最 优操 作 条 件 的 方 法 有 统 计调 优法
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可 以指 导实 际 生 产 外 ，也可 以撩 讨 ｓ ＱＰ类方
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压 大 致 相 同 ，减 一 中、 二 中回流 量 大 ，温 位 较 高 。 它们 的 分 配 对 换热 也 有较 大 影 响 。
函数 。在 实 际生 产 中 ，炉 出 口温 度捉 工艺 卡 片 规 定 下 来 ，无 论 原 油 性质 、产 品产 率 发 生 什 么空 化 ，操 作 者 都 执 行 同一 指 标 。这
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