原油调合系统的双闭环控制策略研究_叶彦斐.pdf

*南京市工业和信息化发展专项资金项目；江苏省研究生科研与实践创新计划项目支持原油调合是指按一定配比，调合两种或多种原油获得具有期望物理化学性质的混合原油的过程。在原油品种越来越多、品质参差不齐的情况下，如何通过原油调合，将各种不同原油混合成性质变化平稳、符合相关炼油装置弹性加工范围约束的原油，逐渐成为炼化企业从计划、调度、操作执行到事后评价各层面工作的重中之重。原油调合主体设备有调合组分罐、掺炼泵、调节阀、掺炼线、调合头等。设备投资大，耗能多，使用和维护成本高。能否准确、及时计算多种组分原油质量配比，实施配比动态控制调节、从而提高原油调合的一次性成功率，直接影响着整个生产成本和经济环节。采用全人工进行原油调合，存在调合配比控制不精确、调节操纵不及时、系统安全性差、操作强度大等缺点，难以满足生产需求。采用单闭环控制，由于原油调合的长时滞特征，当发现调合目标不能满足要求后，对调合过程无能为力；且由于抗扰性差，在发生组分原油性质剧烈变化、执行仪表误差不能及时得到解决处理。本文设计一种用于原油罐调合的双闭环控制方法，可以快速、动态计算多种组分原油质量配比，使目标原油性质精确达到设定性质。1系统总体设计原油调合双闭环控制系统设计总体如图1所示，双闭环控制系统由罐性质调节器、组分配方、调合头、调合罐组成。基于原油罐调合的总量、原油罐调合目标性质、主回路控制周期的调合量、原油罐存油量、罐存原油调合实测性质，进行当前主回路控制周期中调合头调合原油目标性质初始值预测运算，并将此预测值作为副回路控制周期中组分配方调节器的输入设定值；副回路控制周期中组分配方调节器基于主回路控制周期预测值、输入的调合头原油目标性质初值、各调合组分原油性质及调合头调合原油实测性质，运算输出各组分流量质量配比。图1原油调合双闭环控制框图具体过程为：在主回路控制周期内，系统输入原油罐调合总量Mt、原油罐调合目标性质Ps、初始原油罐存油量Mr（0）、测量的初始罐存原油调合实测性质P，罐性质调节器根据上述数据计算出调合头调合原油目标性质Phs；在副回路控制周期中，组分配方调节器接收到调合头调合原油目标性质Phs，并根据各组分性质Pj、调合头实测性质Ph，计算获得n种组分原油质量配比K。从而基于双闭环控制系统，使调合罐中的调合原油达到设定的原油性质。2原油调合双闭环控制2.1调合头目标性质计算及主副回路周期罐性质调节器根据原油罐调合总量Mt、原油罐调合目标性原油调合系统的双闭环控制策略研究*Research on Double Closed-loop Control Strategy of Crude Oil Blending System叶彦斐1，2侯翔一2程立2梅彬1张勇气1（1南京富岛信息工程有限公司，江苏 南京210032；2河海大学能源电气学院，江苏 南京211100）摘要：在原油调合系统中引入主、副回路控制思想，研究设计了一种原油调合系统的双闭环控制策略，通过组分原油质量配比的快速、动态计算与执行，实现了原油调合的快速性、准确性和安全性。主回路罐性质调节器基于原油罐调合总量、目标性质、初始罐存及性质数据，计算输出调合头原油目标性质；副回路组分配方调节器基于调合头原油目标性质、各调合组分原油及调合头原油实测性质，计算输出各原油组分质量流量配比。通过双闭环的主、副回路滚动运算、调节与执行，使调合罐中目标原油性质快速、准确达到设定性质。该原油调合控制策略不仅解决了人工调节存在的调合配比不精准、操纵不及时、安全性差、操作强度大等问题，也解决了传统单闭环控制无法克服长时滞问题及抗扰能力差等缺陷。关键词：原油调合；双闭环控制；控制优化Abstract:Based on the main and secondary circuit control ideas,a double closed-loop control strategy of the crude oilblending system is studied and designed in this paper,which realizes the rapidity,accuracy and safety of crude oil blend-ing through the rapid and dynamic calculation and execution of the quality ratio of components of crude oil.The main looptank nature regulator calculates the target properties of the oil in the mixing head based on the total amount of crude oiltank blending,the target properties,the initial tank storage and the property data.The sub-loop group distributor adjustercalculates the ratio of the mass flow of each crude oil component based on the target properties of the crude oil in themixing head,and the measured properties of the crude oils in the component tanks and the mixing head.Through therolling operation,adjustment and execution of the main and secondary circuits of the double closed loop,the properties ofthe target crude oil in the mixing tank quickly and accurately achieve the set properties.The crude oil blending controlstrategy not only solves the problems of inaccurate blending ratio,untimely operation,poor safety,and large operation in-tensity existing in manual regulation,but also solves such difficulties as the inability of traditional single closed-loop controlto overcome the problem of long-time lag and poor immunity to interference.Keywords:crude oil blending,double closed loop control,control optimization原油调合系统的双闭环控制策略研究6工业控制计算机2023年第36卷第1期（上接第5页）够在中控画面实时监测，可以实现整个平台全面实时监测，保证了无人平台或台风模式下远程遥控生产的需要，也扩大了正常生产时的监测范围，提高了平台的自动化程度。2）优化ESD系统与F&G系统的控制逻辑，弥补了之前逻辑上的问题，实现低级别关断能够远程复位，提高生产系统的稳定性和持续性。3）优化开排收油系统、电力系统、公用和消防系统的控制方案，实现所有设备远程启停的功能，提高平台自动化生产程度。4）对于压力、温度、液位、流量四大工艺参数的控制，结合现场生产需要，制定具体的控制指标。通过对四大工艺参数控制策略和PID参数的优化，提高了控制系统的稳定性、可靠性、快速性、准确性，减少设备损耗，延长了设备寿命，也减少了气源、电力的使用，降低了能耗。参考文献1王建文.无人驻守平台在“三一模式”开发边际油田中的应用J.中国海洋平台，2010，25（1）：46-502桑军，马金喜，邹昌明，等.渤海边际油田远程遥控无人注水工艺设计与实践J.中国海洋平台，2021，36（1）：89-943罗彭.海上无人井口平台工艺系统设计方案研究J.石油和化工设备，2020，23（3）：11-13，164宋罡，蒋乐天.基于海上无人平台的低功耗实时智能监测系统J.信息技术，2021（3）：73-76，83收稿日期：2022-07-27质Ps、初始原油罐存油量Mr（0）、测量的初始罐存原油调合实测性质P，计算出调合头调合原油目标性质Phs的初始值Phs0：Mr（0）P+MtPhs0=（Mr（0）+Mt）Ps在一个主回路的控制周期中，累加的多个副回路控制周期的调合量为主回路控制周期的调节量。To（p）（p取1，2，；取To（p）=To0）表示第p个主回路控制周期，Ti（p，q）（q取1，2，To（p）/Ti）表示第p个主回路控制周期内的第q个副回路控制周期，取Ti（p，q）=Ti0；主回路控制周期初始值To0=60 s，副回路控制周期为Ti0=5 s；采用流量计监测第p个主回路控制周期内第q个副回路控制周期的调合量Mp，q，则一个主回路控制周期的调合量为Mo（p）：Mo（p）=To（p）/Tiq=1Mp，q每次副回路控制周期结束，q=q+1，直到q=T0/Ti+1，一个主回路控制周期结束。2.2副回路控制周期运算与调节在副回路控制周期中，组分配方调节器接收到调合头调合原油目标性质Phs，并根据各组分性质Pj、调合头实测性质Ph计算获得n种组分原油质量配比K。根据质量配比K进行组分流量分配执行，组分流量分配执行后获得一个调合量，以上过程为一个副回路控制周期，组分流量分配执行后获得的调合量为一个副回路控制周期内的调合量。在下一个副回路控制器周期开始时刻，在调合头处使用原油性质分析仪表测量出调合头调合原油实测性质Ph，并将Ph反馈到组分配方调节器，组分配方调节器将Ph与Phs进行比较，并判断误差是否超过性质误差限值Pe：1）若误差|Phs-Ph|Pe，则按Phs（q+1）=Phs（q）-KpPe并计算新的原油质量配比K；3）若误差Ph-PhsPe，则按Phs（q+1）=Phs（q）+KpPe并计算新的原油质量配比K。其中，Kp为性质调整系数，通过调整质量配比K的值不断调节各组分流量的分配，并累加每个副回路控制周期内的调合量。2.3主回路控制周期运算与调节在调合罐处同样使用原油性质分析仪表测量获得经过一个主回路周期后新的罐存原油调合实测性质P；将初始原油罐存油量Mr（0）与一个主回路控制周期调合量Mo（p）累加，即可获得新的原油罐存油量Mr（p）；主回路中将新的罐存原油调合实测性质P和新的原油罐存油量Mr（p）反馈至罐性质调节器，罐性质调节器根据新的原油罐存油量Mr（p）、新的罐存原油调合实测性质P以及一个主回路控制周期调合量，计算得出新的调合头调合原油目标性质Phs（p+1）。Mr（p）P+（Mt-M0（p）Phs（p+1）=（Mr（p）+Mt-Mo（p）Ps在下一个主回路控制周期中重复调节调合罐原油，并累计每个主回路控制周期的调合量，得到主回路的已调合总量。根据比较周期调合总量Mo（p）和原油罐调合的总量Mt，调节主回路控制周期，调节方式如下：1）若Mo（p）2/3Mt，则保持主回路控制周期不变，重复主回路控制周期的控制过程；2）若2/3MtMo（p）Mt，则修改主回路控制周期To=To0/2，重复主回路控制周期的控制过程；3）若Mo（p）Mt，则整个调节过程结束。3结束语基于原油罐调合的总量、原油罐调合目标性质、主回路控制周期的调合量、原油罐存油量、罐存原油调合实测性质，进行当前主回路控制周期中调合头调合原油目标性质初始值预测运算，并将此预测值作为副回路控制周期中组分配方调节器的输入设定值；副回路控制周期中组分配方调节器基于主回路控制周期预测值、输入的调合头原油目标性质初值、各调合组分原油性质及调合头调合原油实测性质，运算输出各组分流量质量配比。整个原油调合过程中，主回路控制可以基于已调合罐内原油的量及性质对下一个主回路控制周期的目标作出调整，使得最终调合目标达标；副回路控制则可以及时有效抑制由于组分原油性质变化、执行仪表误差引起的对调合过程的影响。提出的原油调合控制策略不仅解决了人工调节存在的调合配比不精准、操纵不及时、安全性差、操作强度大等问题，也弥补了传统单闭环控制无法克服长时滞问题及抗扰能力差等缺陷。参考文献1谭磊.炼油厂储运系统创效措施之原油调合J.化学工程与装备，2022（5）：170-1722周雪梅.基于快评技术优化原油混储比例J.炼油与化工，2020（8）：22-253陈伟睿，陈夕松，陶思琦，等.面向在线调合的原油管输滚动调度方法研究J.石油炼制与化工，2021（11）：87-924张武强，宋兴原油调合技术在中化泉州石化上的应用分析J.当代化工研究，2018（1）：65-695程建华，郭祥昌.一种基于双闭环控制的SVC试验装置的研制J.工业控制计算机，2018，31（3）：85-866周智菊，周祥.利用约束规划优化原油调合方案J.计算机与应用化学，2019（10）：470-473收稿日期：2022-07-267