丙烯腈反应器控制技术研究.pdf

技朮
Method方法
文献标识码:B文章编?:1003-0492(2010)12-0104-03中图分类号:TQ052
丙烯腈反应器控制技术硏究
Research on Control Technology of the Acrylonitrile Unit Reactor
(兰州石化公司自动化院,甘肃兰州730060)王长明
兰州石化公司合成橡胶厂,甘肃兰州730060)窦华中
王长明(1964
氨、空气按1:1.05~1.25:9.5~10.5的比例通过催化剂的作用,在
男,江苏海安人,工学硕士,高级工程师
温度420℃435℃,压力0.055~0.08MPa条件下进行反应,主产
主要研究方向为先进控制与优化技术研究及
物为丙烯腈,副产物为乙腈、氢氰酸等。
应用、软测量技术研究与灰用、流程工业企
业信息化总体架构。
流化床反应器是该装置的心脏,其流程筒图见图1。反应器丙
烯腈的收率高低直接影响整个装置的经济效益。丙烯氨氧化法制丙
要:本文根据丙烯腈反应器的工艺特点,提出了反应器在DCS系统基础
烯腈的反应流程为液态丙烯和液态氨经气化、过热、混合,由丙烯
之上的专家控制、GPC控制技术,以及相应的控制策略;论述了装置主要
氨分布器进入流化床反应器,压缩空气通过位于丙烯-氨分布器下
质量参数反应气中的尾氧、丙烯醛含量软测量预測技术;闻述了专家控
面的空气分布板进入流化床反应器,在一定的温度和压力下,混合
制、GPC控制、软测量原理。专家控制、GPC、软测量技术在丙烯腊反应气体以一定的速度通过处于沸腾状的微球形催化剂床层,在催化剂
器结合应用,取得良好效果,解决了丙烯装置生产瓶颈,提高了装置运的作用下,反应生成丙烯猜、乙精及気氯酸等产物,这些产物进入
行平稳率,降低了操作人员的劳动强度,提高了丙烯腈产品收率,收到了
分离单元进行精制,生产出合格的丙烯腈产品。
良好的经济效益和社会效益。
关键词;反应器;GPC;软仪表;专家控制;模型
Abstract: According to the characteristics of the Acrylonitrile Unit Reactor
the expert Control technique and GPC technique are applied on DCS, and the
corresponding control strategy is adopted. The soft sensor technique about
oxygenic content and acrolcinin content in the tail gas of reactor is discussed,
两烯冰器
the expert control theory, the GPC theory and the soft sensor theory are
introduced. These techniques are successfully used in the Unit. Thereafter, the
器
production bottleneck in the Unit is solved, the process stability is improved, the
图1丙烯腈反应器流程简图
operation intensity is reduced, the acrylonitrile product yield is inereased, and
在常规控制下,反应温度主要由反应器撤热水流量控制,
the economic benefit and the social benefit are obtained
由于受到进反应器换热的高压蒸汽压力、温度、流量,反应器压
Key words: Reactor; GPC; Soft Sensor, Expertcontrol; Model
カ,以及环境温度等因素的影响,反应温度波动大于1.5℃,工艺
希望反应温度控制在0.5℃之内。针対这个生产瓶颈提出了专家控
制与预测控制相结合的控制方案,并通过与反应器主要质量参数
1概述
软测量数据相结合,实现反应器“卡边”控制。
某炼化企业丙烯腈装置采用两烯、氨、空气为原料,在硫化
专家控制原理技术
床反应器中通过催化剂制得丙烯腈,装置分合成、分离、后处理
近年来,智能控制已成为控制界的一大热点,利用人工智能
和乙腈四个单元。采用丙烯氮氧化法制丙烯腈反应流程,丙烯
的智能控制颁域主要包括专家控制、模糊控制和神经测络。专家
104自动他博2010年12月刊
控制是人工智能的一个重要分支,已在石化生产过程管理控制中
q为向后一步平移因子
获得许多应用
再经过优化计算得吋刻的控制最为
专家控制是一类智能控制算法,将专家控制技术与传统控制
, W
(4
理论相结合,实现对复杂、不确定性或病态过程的控制。专家控
=GG+1(+p2+…+80
器对被控过程或对象进行实时控制,对运算(推理)速度的要
(1)至(4)式中,B=发,G2、H为计算过程巾间变
求是很高,必须在每个采样周期内都给出控制信号。
量,NU为预测长度,λ控制量权重因子
专家控制模型为:U=f(E,K,の)
在GPC控制应用过程中,利用(4)式建立数学模型,通过
其中,U为控制器的输出作用集,E为控制器的输入集,K为收集装置运行数据,利用最小二乘法,确定GPC控制数学模型中
系统的数据项集,1为具体推理机构的输出集
的未知系数
依照产生式规则表达形式,是一种智能算子,其基本形式为:
ife and K then
丙烯腈裝置反应温度先进控制
根据输入信息和系统中的知识进行推理
4.1控制策略
专家控制系统解決控制问题的过程用下图2流程描述,事实
针对反应器控制情况和用户需求,对反应温度采用专家控制
上是一种控制信息处理过程,是周期性地进行认识判断行动的过与GPC控制相结合的控制策略,实现丙烯腈反应器平稳运行。
程。专家控制系统首先根据收集的数据认识控制对象所处的状4.2控制方案
况,根据认识的结果判断应该采取的行动,由此对控制对象实施
根据控制策略,在先进控制模型中选取反应温度作为被控变
控制作用。
量,以CV表示;选取丙烯进料量设定值、氨进料量设定值、空
气的进料量为操作変量,分別以MV1、MV2、MV3表示;选择反
む家挫制系统
认识
应器压力为千扰变量,以DV表示。
反成温度采用设定点控制,利用GPC控模型须洌输出MV2
控制输出值,输出值与下面的专家控制相结合,得到最后的控制输
淘作用
根据操作人员和工艺人员的经验,对操作变量丙烯进料量设
图2专家控制系统解决控制问题的过程
定值输出提出以下控策略
本文采用的专家控制的任务是白适应地管理一个受控对象
IF8T=≤ THEN MV的变化量≤A;
的全部行为,使之满足预定要求,将应用于两烯腈反应温度控制
F1〈(67=〈t:MV1的变化量≤4+i-l,…,h-1;
器
8T=1反应温度实时数据-先控目标值
GPC控制技术
其中t、A分别是根据专家经验将反应温度与先控目标值之差<