催化裂化装置（FCCU）在石油二次加工中有着十分重要的经济地位。其操作状况直接关系到石油炼制的轻质油品回收率，从而影响整个炼油厂的经济效益。当前制约其质量控制水平的一个重大障碍在于检测产品质量的硬仪表价格昂贵，维护保养复杂，精度差，时滞大，无法提供闭环控制的有效反馈信号。本文介绍FCCU分馏塔粗汽油干点软测量模型建立，在线校正及闭环控制，实际运行效果良好，完全可以满足质量要求。
1 问题的提出
FCCU分馏塔粗汽油干点，常规的操作都是控制馏出温度来间接控制产品质量，并4～8h一次人工采样分析化验值作为离线调整的参考。一旦反应油汽中裂解产品分布发生较大变化就会出现控制不及时而造成产品不合格。因此操作人员为了保证产品质量，往往采用过于保守操作。这样减少了产量，增加了能耗。
通过机理和现场采集数据分析，得到了粗汽油干点与辅助变量的关系式：
y（k）＝f［x1（k），x2（k），x3（k），x4（k）］
式中：y（k）为粗汽油干点，℃；x1（k）为分馏塔塔顶温度，℃；x2（k）为分馏塔塔顶粗汽油分压，kPa；x3（k）为内回流比；x4（k）为油气分离器液位，m；f［］为待估函数关系。
x2＝p．xG
xG＝（R2／Mg）／（R2／Mg＋R3／Mgas＋RW／18）
x3＝R1／R2
R1＝（R4＋R5）．［1＋CP．（T1－T2）／λ］
式中：p为分馏塔塔顶压力，kPa；xG为分馏塔塔顶粗汽油的摩尔分量；R2为粗汽油流量，t／h；R3为富气流量，t／h；RW为酸性水流量，t／h；Mg为粗汽油平均分子量；Mgas为富气平均分子量；R1为内回流量，t／h；R4为粗汽油冷回流流量，t／h；R5为塔顶回流流量，t／h；CP为粗汽油液相比热，kcal／（kg．℃）；λ为粗汽油潜热，kcal／kg；T2为顶回流返塔温度，℃。
2 在线校正软测量模型
炼油工业中的石油是极其复杂的混合物，经过加工处理后的组成更加复杂。依靠图表和经验公式进行的工艺设计和计算误差较大，而石油产品的质量指标大都是在特定的设备和特定的条件下分析得到，很难用纯机理方法进行定量计算，因此我们对处理后得到的训练数据采用回归方法建立了FCCU装置粗汽油干点的经验模型，并对校验数据进行预测。
＝0．6970（x1－113）＋0．0077（x2－469．87）－
1．0666（x3－4．16）＋0．0143（x4－305．53）＋182．1933
模型拟合MSE＝3．4744；模型预测MSE＝1．4597。
随操作工况等因素的变化，反映产品质量的指标——粗汽油干点也随之变化。图1所示是某年FCCU装置粗汽油干点月平均值的变化曲线（其中7月和8月装置停工检修），在这一年中粗汽油干点的月平均值变化幅度超过20℃。显然无论原模型如何精确，若不进行适当的校正，模型估计值将偏离实际工况。这里，采用短期校正方法。
[IMG]20057118582369758.gif[/IMG]
确定了粗汽油干点的软测量模型和校正方法后，在FCCU的DCS上用PROCESS BASIC实现了粗汽油干点的软测量。在用软测量模型进行预测时对被测变量采用30min移动平均方法进行滤波。
FCCU粗汽油干点软测量模型从12月开始运行，操作员每班输入化验值。运行一段时间的模型计算结果如表1所示，证明该软测量模型基本满足工艺要求的精度。
表1 FCCU软测量模型计算值与化验值比较
偏差绝对值 数量（50） 频度（%）
＜1℃
＜2℃
＜3℃
＞3℃ 30
13
6
1 60
26
12
2
3 分馏塔的质量控制
分馏塔的基本控制目标是产品质量、产品回收率及能耗。自70年代以来，先后开发了解耦控制、自校正控制、侧线产品质量的状态反馈与自适应前馈控制、多侧线产品质量与收率智能化协调控制、推断控制等先进控制方案，取得了明显经济效益。目前国内外对分馏塔先进控制策略已形成了各种软件包。
3．1 粗汽油干点控制基本方法
分馏塔塔顶粗汽油干点控制的基本方案有：塔顶温度控制和基于成分分析仪的闭环控制。
目前广泛采用调整主分馏塔塔顶温度的方案，基于塔顶产品的关键组分浓度的变化与顶温变化关系密切，通过PID控制使塔顶温度维持在给定值附近。这种方案控制费用低、响应快、故障少。但它的控制性能还受到许多因素的限制：非关键组分对顶温变化的影响、塔顶压力对顶温变化的影响、系统扰动等。除了无实时粗汽油干点数据外，由于温度响应慢，系统控制品质较差，难以实现质量的卡边控制。
基于成分分析仪的闭环控制由分析仪提供粗汽油干点测量值实现了质量控制。但成分分析仪价格昂贵、维护和调校复杂、测量滞后大、可靠性不高，控制品质难以满足工艺要求，因此应用并不多。
采用成分和温度控制构成的串级控制方案综合了温度控制和成分控制的优点。基本控制由温度控制器实现，由成分分析仪控制器的输出缓慢调整温度控制器的设定值，防止产品质量漂移。这个控制方案允许分析仪有一定的滞后，而且当分析仪发生故障时，温度控制器仍能保持自动控制。其缺陷仍是成分分析仪价格昂贵、维护和调校困难等。
为了克服以上方案的缺陷，国内外工程师进行了大量的工作。如1994年Setpoint公司在齐鲁石化公司FCCU装置上实现了以温度为主、补偿压力的干点控制系统，用热焓平衡和物料平衡计算和控制干点的方案也有报导。目前研究和应用较多的方法是基于软测量模型的粗汽油干点的闭环控制，不需要增加测控仪表或改变现有控制回路，实现简单，鲁棒性强。
3．2 基于软测量模型的粗汽油干点控制
分馏塔的粗汽油干点控制适于采用推断控制方案。因此我们研究开发了FCCU基于软测量模型的粗汽油干点控制系统。如图2所示。该方案在形式上采用粗汽油干点预测控制器与顶温控制器串联结构。先由粗汽油干点软测量模型根据测量信息实时计算出干点值，与设定值一起送到粗汽油干点预测控制器。该预测控制器的输出作为顶温控制器的设定值，组成粗汽油干点与顶温串级控制。
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ysp—粗汽油干点设定值；xsp—塔顶温度设定值
图2 粗汽油干点控制系统
为保证控制系统稳定，如果预测控制器计算得到的设定值与上一步设定值偏差过大，则对输出值进行约束，避免调节幅度过大，引起系统过调。
为了提高系统的鲁棒性和抗干扰能力，该控制系统除了软测量模型可以根据输入的化验值进行在线校正外，还提供了以下功能：若软测量模型计算得到的干点值超过限幅区间后，表明该模型已无法处理目前的操作状况，系统将报警，提示操作工及时切除粗汽油干点控制系统，改为常规顶温控制。
4 结束语
粗汽油干点控制系统投运效果较好，波动范围小于3，实现了卡边控制。不但提高了产品质量控制，还可以提高产品回收率，降低能耗，获得明显经济效益。
