精馏塔塔顶温度控制系统和精馏塔控制系统的制作方法

1.本发明涉及精馏塔控制技术领域，具体地，涉及一种精馏塔塔顶温度控制系统和一种精馏塔控制系统。


背景技术：

2.精馏塔是煤化工、石油化工、化肥等行业非常重要的设备之一，特别是煤化工甲醇制丙烯(简称mtp)生产，工艺过程流程长，精馏塔是精馏装置核心设备，它的控制稳定与否，不仅影响自身产品质量和产量，还将直接影响下游精馏塔的控制。
3.影响精馏塔稳定控制的因素有进料组分、压力、温度、进料量以及回流量等相关参数的变化大小。由于进料组分实时变化，目前还没有精准的检测设备进行组分测量分析，一般在塔压控制稳定的条件下将精馏塔温度作为被控变量与蒸汽阀构成常规pid控制回路进行精馏塔温度调节。而常规pid控制系统调节存在动态响应大滞后迟滞现象，无法满足精馏生产需要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中温度控制系统动态响应迟缓，温度调节不准确的技术问题，本发明提供了一种精馏塔塔顶温度控制系统和精馏塔控制系统，采用该温度控制系统能够减少干扰对主变量的影响，提高对精馏塔温度的控制质量，保证对温度的精准控制。
5.为实现上述目的，本发明第一方面提供一种精馏塔塔顶温度控制系统，包括：塔顶温度主控制器、塔底温度副控制器和塔顶温度检测装置；
6.所述塔顶温度检测装置用于实时检测塔顶温度；
7.所述塔顶温度主控制器用于转发塔顶温度到塔底温度副控制器，根据塔顶温度执行以下操作中的一者或多者，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内：输出调节信号到空冷器；输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀；输出调节信号到回流阀；
8.所述塔底温度副控制器用于根据塔顶温度调节指令和塔顶温度输出调节信号到蒸汽阀。
9.进一步地，所述控制系统还包括：塔底温度检测装置，用于实时检测塔底温度；所述塔底温度副控制器还用于根据塔底温度和塔顶温度输出调节信号到所述蒸汽阀，以将塔底温度控制在设定塔底温度范围内。
10.进一步地，所述塔顶温度主控制器用于：在塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出提高空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述空冷器的功率达到运行最大值且塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器减小蒸汽阀的开度；所述空冷器的功率达到运行最大值、蒸汽阀的开度达到可调最小开度且塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出增加回流阀的开度的调节信号到
回流阀。
11.进一步地，所述空冷器内设置有至少一个定速风机和至少一个变速风机；所述在塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出提高空冷器的功率的调节信号到空冷器，包括：在t
d-ts＝n*t
p
的情况下，开启所述至少一个定速风机中的n个定速风机，其中，td为塔顶温度，ts为设定塔顶温度，n为常数且n小等于定速风机的数量，t
p
为仅一个定速风机开启时所对应的下降温度；在t
d-ts＝n*t
p
+b的情况下，开启所述至少一个定速风机中的n个定速风机且开启一个变速风机，其中，b为常数。
12.进一步地，所述塔顶温度主控制器用于：在设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出用于降低空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述空冷器的功率达到运行最小值且设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出塔顶温度调节指令至塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器增加所述蒸汽阀的开度；在所述空冷器的功率达到运行最小值、蒸汽阀的开度达到可调最大开度且设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出减小回流阀的开度的调节信号到回流阀。
13.进一步地，所述空冷器内设置有至少一个定速风机和至少一个变速风机；所述在设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出用于降低空冷器的功率的调节信号到空冷器，包括：在t
s-td＝n*t
p
的情况下，关闭所述至少一个定速风机中的n个定速风机，其中，td为塔顶温度，ts为设定塔顶温度，n为常数且n小等于定速风机的数量，t
p
为仅一个定速风机开启时所对应的下降温度；在t
s-td＝n*t
p
+b的情况下，关闭所述至少一个定速风机中的n个定速风机且关闭一个变速风机，其中，b为常数。
14.进一步地，所述系统还包括：前馈控制器，和用于检测环境温度的环境温度检测装置；所述前馈控制器用于反馈环境温度到塔顶温度主控制器；所述塔顶温度主控制器还用于根据环境温度输出调节信号到空冷器，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内。
15.进一步地，所述根据环境温度和塔顶温度输出调节信号到空冷器，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，包括：在所述环境温度大于第一设定温度的情况下，输出降低所述空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述环境温度小于第二设定温度的情况下，输出提高所述空冷器的功率的调节信号到空冷器，所述第一设定温度大于所述第二设定温度。
16.进一步地，所述系统还包括：孔板流量计，设置在精馏塔与回流阀之间，用于检测通过回流阀的回流量的大小。
17.本发明第二方面提供一种精馏塔控制系统，该精馏塔控制系统包括上文所述的精馏塔塔顶温度控制系统。
18.通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
19.本发明的精馏塔塔顶温度控制系统包括塔顶温度主控制器、塔底温度副控制器和塔顶温度检测装置，塔顶温度检测装置用于实时检测塔顶温度，塔顶温度主控制器用于转发塔顶温度到塔底温度副控制器，根据塔顶温度执行以下操作中的一者或多者，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内：输出调节信号到空冷器，输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀，输出调节信号到回流阀。塔底温度副控制器用于根据塔顶温度调节指令和塔顶温度输出调节信号到蒸汽阀。通过本发明提供的精
馏塔塔顶温度控制系统，能够通过设置塔底温度副控制器来提高塔顶温度主控制器的控制质量，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，减少干扰对塔顶温度主控制器的影响，减小滞后，提高对塔温的精准控制。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
22.图1为本发明实施例提供的精馏塔塔顶温度控制系统的流程图；
23.图2为本发明实施例提供的精馏塔塔顶温度控制系统中精馏塔的结构示意图；
24.图3为本发明实施例提供的精馏塔塔顶温度控制系统中的塔顶温度测试示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
28.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.请参考图1-图3，本发明实施例提供一种精馏塔塔顶温度控制系统，精馏塔底部设有再沸器，精馏塔的气相出口依次连接空冷器和回流罐，空冷器通过管道连接在精馏塔与回流罐之间；回流罐设有回流阀，用于控制回流至精馏塔的轻组分的回流量；再沸器设有蒸汽阀，用于控制进入再沸器的蒸汽量；所述控制系统包括：
30.塔顶温度主控制器、塔底温度副控制器和塔顶温度检测装置；
31.所述塔顶温度检测装置用于实时检测塔顶温度；
32.所述塔顶温度主控制器用于转发塔顶温度到塔底温度副控制器，根据塔顶温度执行以下操作中的一者或多者，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内：输出调节信号到空冷器；输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀；输出调节信号到回流阀；
33.所述塔底温度副控制器用于根据塔顶温度调节指令和塔顶温度输出调节信号到蒸汽阀。
34.具体地，本发明实施方式中，图2所示的精馏塔自上而下由40层塔板构成，精馏塔塔底设置有再沸器，再沸器的入口连接有蒸汽阀，精馏塔的塔顶依次设置有空冷器和回流罐，回流罐的输出端一路通过回流阀连接至精馏塔，另一路输出轻组分。来自前工段的气态烃进入精馏塔，通过塔底蒸汽阀tv4101控制进入再沸器的蒸汽量调节塔内气态烃温度进行气液分离，发生精馏作用后液态烃从塔底外送。气态轻组分从塔顶经空冷器降温进入回流
罐，回流罐出口一部分轻组分经回流阀fv4101控制返回精馏塔用于调节塔顶温度，一部分外送后工段精馏塔。塔顶温度是塔顶轻组分监控的主要参数，在塔顶设置有塔顶温度检测装置tt-4112，塔顶温度检测装置实时检测塔顶温度，温度控制系统还包括塔顶温度主控制器和塔底温度副控制器，塔顶温度检测装置与塔顶温度主控制器的输入端连接，实时将检测到的塔顶温度传输给塔顶温度主控制器，塔顶温度主控制器的输出端与回流阀、空冷器和塔底温度副控制器连接，塔顶温度主控制器在接收到塔顶温度之后，将塔顶温度转发至塔底温度副控制器，根据塔顶温度执行以下操作：输出调节信号到空冷器；输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀；输出调节信号到回流阀。
35.本发明中塔顶温度主控制器可以根据实际情况设置回流阀、空冷器和塔底温度副控制器的控制优先级，根据控制优先级选择一个或者多个进行控制。
36.在一种可能的实施方式中，在塔顶温度不在设定塔顶温度范围内的情况下，塔顶温度主控制器输出调节信号到空冷器，通过空冷器控制塔顶温度。若空冷器根据调节指令运行无法将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，则塔顶温度主控制器输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀。塔底温度副控制器根据塔顶温度调节指令和塔顶温度输出调节信号到蒸汽阀，通过蒸汽阀控制塔顶温度。若此时还是无法将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，塔顶温度主控制器再输出调节信号到回流阀，通过回流阀控制塔顶温度。
37.根据本发明提供的温度控制系统，能够通过设置塔底温度副控制器来提高塔顶温度主控制器的控制质量，对进入副回路的干扰进行超前控制，减少干扰对塔顶温度主控制器的影响，减小滞后，提高对塔温的精准控制。
38.进一步地，所述控制系统还包括：塔底温度检测装置，用于实时检测塔底温度；所述塔底温度副控制器还用于根据塔底温度和塔顶温度输出调节信号到所述蒸汽阀，以将塔底温度控制在设定塔底温度范围内。
39.具体地，本发明实施方式中，在精馏塔的塔底设置有塔底温度检测装置tt-4111，塔底温度是塔底重组分液态烃监控的关键参数，在调节塔顶温度的同时需要兼顾塔底温度，保证塔底温度在设定塔底温度范围内。因此塔底温度副控制器在通过蒸汽阀控制塔顶温度的同时，还需要对塔底温度进行监测，在塔底温度不在塔底设定范围内的情况下，塔底温度副控制器输出调节信号到蒸汽阀，通过蒸汽阀将塔底温度控制在设定塔底温度范围内。
40.在一种可能的实施方式中，塔顶温度超出设定温度范围时，塔底温度副控制器收到塔顶温度调节指令，输出调节信号到蒸汽阀，减小蒸汽阀的开度，在调节塔顶温度的同时塔底温度副控制器实时接收塔底温度，若塔底温度降低，低于塔底设定范围，则增大蒸汽阀的开度。
41.根据本发明提供的温度控制系统，能够兼顾塔底温度和塔顶温度，将塔底温度控制在设定塔底温度范围内，保证塔底重组分液态烃的产出效率和产出纯度。
42.进一步地，所述塔顶温度主控制器用于：在塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出提高空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述空冷器的功率达到运行最大值且塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器减小蒸汽阀的开
度；所述空冷器的功率达到运行最大值、蒸汽阀的开度达到可调最小开度且塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出增加回流阀的开度的调节信号到回流阀。
43.具体地，本发明实施方式中，当塔顶温度升高，塔顶温度与设定塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值，塔顶温度主控制器输出提高空冷器的功率的调节信号到空冷器。空冷器内设置有至少一个定速风机和至少一个变速风机，在t
d-ts＝n*t
p
的情况下，开启所述至少一个定速风机中的n个定速风机，其中，td为塔顶温度，ts为设定塔顶温度，n为常数且n小等于定速风机的数量，t
p
为仅一个定速风机开启时所对应的下降温度；在t
d-ts＝n*t
p
+b的情况下，开启所述至少一个定速风机中的n个定速风机且开启一个变速风机，其中，b为常数。
44.在一种可能的实施方式中，空冷器内设置有5个定速风机和1个变速风机，在一个定速风气开启的情况下能够对塔顶温度降温5℃，在一个变速风机开启的情况下能够对塔顶降温0-5℃，变速风机可以协同定速风机对塔顶温度进行精准控制，若t
d-ts＝2*5℃，则开启两个定速风机，若t
d-ts＝5*5℃，则开启全部5个定速风机。若t
d-ts＝2*5+3℃，则开启两个定速风机和一个变速风机，通过变速风机对塔顶温度进行精准降温，若t
d-ts＝3℃，则开启一个变速风机，若t
d-ts＝5*5+4℃，则开启全部的定速风机和变速风机。
45.在开启全部的定速风机和变速风机的情况下，还是无法将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，则塔顶温度主控制器输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器减小蒸汽阀的开度。在蒸汽阀的开度达到可调最小开度且开启全部的定速风机和变速风机的情况下，设定塔顶温度与塔顶温度的差值还是大于设定塔顶温度差值，则塔顶温度主控制器输出增加回流阀的开度的调节信号到回流阀，增大回流至精馏塔的轻组分的回流量以降低塔顶温度。
46.进一步地，所述塔顶温度主控制器用于：在设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出用于降低空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述空冷器的功率达到运行最小值且设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出塔顶温度调节指令至塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器增加所述蒸汽阀的开度；在所述空冷器的功率达到运行最小值、蒸汽阀的开度达到可调最大开度且设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值的情况下，输出减小回流阀的开度的调节信号到回流阀。
47.具体地，本发明实施方式中，当塔顶温度降低，设定塔顶温度与塔顶温度的差值大于设定塔顶温度差值，塔顶温度主控制器输出降低空冷器的功率的调节信号到空冷器。空冷器内设置有至少一个定速风机和至少一个变速风机，在t
s-td＝n*t
p
的情况下，关闭所述至少一个定速风机中的n个定速风机，其中，td为塔顶温度，ts为设定塔顶温度，n为常数且n小等于定速风机的数量，t
p
为仅一个定速风机开启时所对应的下降温度；在t
s-td＝n*t
p
+b的情况下，关闭所述至少一个定速风机中的n个定速风机且关闭一个变速风机，其中，b为常数。
48.在一种可能的实施方式中，空冷器内设置有5个定速风机和1个变速风机，在一个定速风气开启的情况下能够对塔顶温度降温5℃，在一个变速风机开启的情况下能够对塔顶降温0-5℃，变速风机可以协同定速风机对塔顶温度进行精准控制，若t
s-td＝2*5℃，则关
闭两个定速风机，若t
s-td＝5*5℃，则关闭全部5个定速风机。若t
s-td＝2*5+3℃，则关闭两个定速风机和一个变速风机，通过变速风机对塔顶温度进行精准降温，若t
s-td＝5*5+4℃，则关闭全部的定速风机和变速风机。
49.在关闭全部的定速风机和变速风机的情况下，还是无法将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，则塔顶温度主控制器输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器增加蒸汽阀的开度。在蒸汽阀的开度达到可调最大开度且关闭全部的定速风机和变速风机的情况下，在设定塔顶温度与塔顶温度的差值还是大于设定塔顶温度差值，则塔顶温度主控制器输出减小回流阀的开度的调节信号到回流阀，减小回流至精馏塔的轻组分的回流量以提高塔顶温度。
50.根据本发明提供的温度控制系统，能够通过设置塔底温度副控制器来提高塔顶温度主控制器的控制质量，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，减少了干扰对塔顶温度主控制器的影响，减小滞后，有效降低塔顶温度。
51.本实施例中，塔顶的设定塔顶温度为67℃、设定塔顶温度差值为5℃，请参考图3，根据本发明提供的精馏塔塔顶温度控制系统，能够将塔顶温度控制在67℃
±
5℃内。
52.进一步地，所述系统还包括：前馈控制器，和用于检测环境温度的环境温度检测装置；所述前馈控制器用于反馈环境温度到塔顶温度主控制器；所述塔顶温度主控制器还用于根据环境温度输出调节信号到空冷器，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内。
53.具体地，本发明实施方式中，还设置有前馈控制器和用于检测环境温度的环境温度检测装置，前馈控制器的输入端与检测环境温度的环境温度检测装置连接，输出端与塔顶温度主控制器连接，塔顶温度主控制器能够根据环境温度输出调节信号到空冷器，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内。
54.根据本发明提供的温度控制系统，能够通过前馈控制提前反馈给塔顶温度主控制器及时调节空冷器，消除环境温度变化引起的扰动，避免环境温度对精馏塔温度控制的干扰。
55.进一步地，所述根据环境温度和塔顶温度输出调节信号到空冷器，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内，包括：在所述环境温度大于第一设定温度的情况下，输出降低所述空冷器的功率的调节信号到空冷器；在所述环境温度小于第二设定温度的情况下，输出提高所述空冷器的功率的调节信号到空冷器，所述第一设定温度大于所述第二设定温度。
56.具体地，本发明实施方式中，如果环境温度大于第一设定温度，则塔顶温度主控制器输出降低空冷器的功率的调节信号到空冷器，若环境温度与第一设定温度的差值小于设定差值(比如3℃)，则关闭变频风机，若环境温度与第一设定温度的差值大于设定差值，则关闭变频风机和至少一个定频风机。如果环境温度小于第二设定温度，则塔顶温度主控制器输出提高空冷器的功率的调节信号到空冷器，若环境温度与第二设定温度的差值小于设定差值(比如4℃)，则开启变频风机，若环境温度与第二设定温度的差值大于设定差值，则开启至少一个定频风机和变频风机。
57.根据本发明提供的温度控制系统，能够灵活调配定速风机和变速风机，避免环境温度对精馏塔温度控制的干扰。
58.进一步地，所述系统还包括：孔板流量计，设置在精馏塔与回流阀之间，用于检测
通过回流阀的回流量的大小。
59.具体地，本发明实施方式中，在精馏塔与回流阀之间设置有孔板流量计，塔顶温度主控制器与孔板流量计连接，能够实时确定通过回流阀的回流量的大小。
60.本发明第二方面提供一种精馏塔控制系统，该精馏塔控制系统包括上文所述的精馏塔塔顶温度控制系统。
61.本发明的精馏塔塔顶温度控制系统包括塔顶温度主控制器、塔底温度副控制器和塔顶温度检测装置，塔顶温度检测装置用于实时检测塔顶温度，塔顶温度主控制器用于转发塔顶温度到塔底温度副控制器，根据塔顶温度执行以下操作中的一者或多者，以将塔顶温度控制在设定塔顶温度范围内：输出调节信号到空冷器，输出塔顶温度调节指令到塔底温度副控制器，通过塔底温度副控制器调节蒸汽阀，输出调节信号到回流阀。塔底温度副控制器用于根据塔顶温度调节指令和塔顶温度输出调节信号到蒸汽阀。通过本发明提供的精馏塔塔顶温度控制系统，能够通过设置塔底温度副控制器来提高塔顶温度主控制器的控制质量，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对塔顶温度主控制器的影响，减小滞后，提高对塔温的精准控制。
62.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
63.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
64.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。