李国威1，徐开慧2，李全善2
（1大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714，2北京世纪隆博科技有限责任公司，北京 100020）
摘要:中国石油大庆石化公司化工一厂老区乙烯装置CO2蒸发脱除塔一直采用温度单回路控制，不时需要人工干预，劳动强度大，存在调节不准确不及时的情况，造成蒸汽能耗高，原料损失大。针对以上问题提出了一种多段自适应CO2设定的乙烯裂解装置CO2脱除方法，实现了CO2蒸发脱除塔自动化控制，大幅地节省了人力，降低了工作强度，并实现S3蒸汽的精确自动调节，减少了加热蒸汽的热能浪费，确保塔压的自动平稳控制，保证了裂解炉进料压力稳定，解决了由于塔顶排放量过大而造成的原料损失。经统计，每年可减少原料损失6,720吨，节约费用278.3万元。
关键词：CO2脱除；非线性；乙烯装置；自动化
1前言
CO2是乙烯装置裂解原料中一种常见杂质，裂解原料中存在的CO2会对裂解装置以及由乙烯丙烯衍生物加工装置会造成很大危害。如CO2含量增加，造成碱洗塔负荷增大，而且CO2在低温下结成干冰，造成深冷分离系统设备和管道堵塞[1]。目前，乙烯装置采用碱洗塔进行脱除，即用苛性钠溶液（NaOH）洗涤裂解气，在洗涤过程中，NaOH和裂解气中的酸性气体发生化学反应，生成的硫化物和碳酸盐溶于废碱中，从而除去这些酸性气体[2]。
中国石油大庆石化公司化工一厂（以下简称大庆石化）乙烯装置裂解原料主要源于大庆油田，近年来，受大庆油田地质结构内部变化和新的采油工艺技术的影响，大庆油田的轻烃CO2含量不断增加，而且有继续升高的趋势[3-4]。针对大庆石化乙烯装置轻烃原料中CO2含量不断升高的问题，2006年5月中国石油大庆石化公司化工一厂（以下简称大庆石化）老区乙烯装置在轻烃原料进入裂解炉之前增加了CO2脱除系统，即在原有轻烃进料流程基础上，轻烃进料阀PV-1003前引出一条管线，并增加一座CO2脱除塔AT-001，通过S3蒸气汽提，将轻烃中的CO2组分脱除，脱除的CO2及部分汽相轻烃进入燃料气系统，塔釜物料经再沸、过滤后，汇入轻烃进料。AT-001塔主要流程如下：
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图1 CO2脱出塔AT-001 主要流程
通过新增的CO2脱出塔AT-001，轻烃原料中的CO2初步大量脱除，确保进入碱洗系统的酸性气（CO2、SO2、H2S等）在此系统可完全被洗掉，当碱洗塔前CO2测量值在0-1500ppm的区间内时，碱洗塔均可良好的进行处理，减小碱洗系统负荷，有利于降低碱液消耗量，满足乙烯产品中对 CO2 指标的要求。同时，塔顶组分(C2/C3)可以做燃料供装置使用。
2CO2脱除塔控制方案
2.1原控制方案
CO2脱除塔AT-001主要控制进料、出料、塔压和塔釜温度，均为单回路调节，具体如下：
(1)进料流量通过FC1702控制调节阀FV-1702；
(2)出料压力通过FC1704控制调节阀FV-1704；
(3)塔顶压力通过PC1709控制压力调节阀PV-1709控制塔顶气相去EV-221流量；
(4)塔釜温度通过TC1713控制温度调节阀TV-1713控制再沸器主蒸汽S3的流量。
(5) 塔顶CO2放空压力通过PIC0109控制放空阀。
由于裂解炉原料来源及组成经常变化，造成轻烃原料进料量、轻烃原料组分的不稳定，导致原料中CO2含量波动。此时，若CO2脱除塔塔釜温度设定值为固定值，会导致加热不够或加热过度，引起塔顶CO2量的波动大，造成CO2脱除塔塔顶火炬排放量过度或不足。
为解决原料来源及组成造成的波动，操作人员观察碱洗塔CO2分析仪测量值，调节CO2脱除塔塔釜设定温度，再手动调整放火炬阀位。但由于手动操作粗放，操作频繁，控制精度低，导致火炬排放量一直波动较大。原方案调节思路如下图所示。
图2 CO2脱除塔原控制方案调节思路
2.2多段自适应控制方案
基于日常操作经验，CO2的控制指标在1500ppm以下时，碱洗塔有能力脱除CO2。为合理经济控制排放量，并保证CO2能有效脱除，提出了一种多段自适应设定的控制方案，详细控制方案如下：
1、新增CO2含量控制器AC13101，测量值为碱洗塔前CO2含量，通过自动选择开关，选择与塔釜温度TC1713组成串级；
2、新增放火炬控制器PIC0109MV，测量值为放空阀位测量值，通过自动选择开关，选择与塔釜温度TC1713组成串级；
3、根据放空阀位、CO2含量的历史趋势，设计CO2含量控制器AC13101和放火炬控制器PIC0109MV，根据CO2测量值与放空阀位的范围，设计分段自适应控制方案。
3、多段自适应设定的控制方案调节总体思路：在确保放空阀开度在合理范围和CO2含量在临界值范围内，降低放空阀开度，减少外排，避免浪费。
4、自动选择开关根据CO2含量和放空阀开度测量值，自动选择塔釜温度控制器TC1713的控制方式，具体控制方式如下：
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1）区域内调节
条件：放空阀门开度在设定的范围内且CO2含量低于设定临界值。
控制方式：放火炬控制器PIC0109MV与塔釜温度TC1713组成串级。
控制目标：将放空阀门开度逐渐关小，减少放空外排。
控制过程：放火炬控制器PIC0109MV的设定值按照设定的速率，在边界范围内，逐步关小。
2）CO2含量调节
条件：当放空阀门开度在设定的范围内且CO2含量高于设定临界值。
控制方式：CO2含量控制器AC13101与塔釜温度TC1713组成串级。
控制目标：将CO2含量合理控制在临界范围内。
控制过程：CO2含量控制器AC13101的设定值按照设定的分段区间，逐步靠近设定的临界值。
AIC13101设定值为自适应计算值，计算值为：
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3）区域外调节
条件：当放空阀门开度在设定的范围外 。
控制方式：放火炬控制器PIC0109MV与塔釜温度TC1713组成串级。
控制目标：将放空阀门开度控制设定范围内。
控制过程：放火炬控制器PIC0109MV的设定值按照设定的速率，逐步靠近设定边界值。
2.3投用效果
多段自适应控制方案投用后，CO2含量在1000左右时，放火炬阀位可控制在10-20的合理区间，避免了过度排放火炬，减少外排浪费。下图为CO2测量值与防火炬阀门开度曲线，具体如下。
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图3 投用效果曲线
2019年10月投用多段自适应控制方案后，对比2018至2020年每月放火炬阀的平均阀位，放火炬阀位明显降低，排放量减少，大大减少原料浪费
图4 投用前后放空阀位曲线
基于2018年-2020年放空阀门外排数据，塔顶气相中烃类占41.42%，按排放量1.4吨/小时计算，AT-001塔每小时损失的物料为0.58吨。每年减少原料损失约6，720吨，节约费用约278.3万元。
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3总结
多段自适应设定的控制方案的提出和应用，实现了CO2脱除塔AT001智能化操作，大大地节省了人，降低了工作强度；解决了控制精准，确保CO2含量稳定、减少外排，合理经济采用S3蒸汽，避免原料浪费，确保裂解炉进料压力的稳定。
下一步可以建立了CO2脱除塔废气兑入燃料气系统流程，实现AT001废气的充分再利用，可减少外补天然气量，并解决了冬季因天然气管网压力低导致燃料气系统须要兑入C4来补充的问题，减少产品浪费，有利于进一步降低能耗。
4参考文献
[1].胡天生.裂解炉进料中杂质的危害与控制[J].乙烯工业,2007,(1).30-33.
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