急冷油塔汽油回流调整方法与流程

本发明涉及一种急冷油塔汽油回流调整方法，属于石化设备中的急冷油塔调试
技术领域：
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背景技术：
：急冷油塔属于乙烯装置的重要设备之一，急冷油塔能否正常稳定运行直接影响到乙烯装置的产能，塔顶的汽油回流作为急冷油塔的重要回流之一，它不仅控制着裂解汽油的干点，同时也防止急冷油塔内重组份的上移和承担着对塔上部塔板冲洗的重要作用。急冷油塔的汽油回流作为急冷油塔的重要回流之一，在日常生产中，操作人员大多凭借自身操作经验对其进行调整，并且大多的交工文件也只是对汽油回流提出了一个比较模糊的回流比，因此大多数企业和装置对于汽油回流的调整都处于一个经验化和试探性的操作，而各个企业的原料组份都在不断的变化，原料石脑油的密度趋势图如图1所示，图1中横坐标代表序列，纵坐标代表密度，单位为g/cm3，经验性和试探性的操作无法适时应对不断变化的原料，而且不当的汽油回流会导致如下问题：(1)汽油回流过大，急冷油塔上部发生液泛，塔板失去效果；(2)当急冷油塔汽油回流过小时，急冷油塔上部还会出现干板问题。而且以上问题还会导致急冷水塔急冷水乳化造成汽油带水，使得急冷油塔的操作更加困难，并且这些问题不易被操作人员发现，而导致事态的恶化。与此同时急冷油塔的整塔热量若不能得到有效的分配，整个塔的操作会变得特别复杂，不光是能耗，塔板堵塞、重组分夹带等现象也会影响到塔的正常运行，同时下游的急冷水塔也会受到其影响。塔板堵塞又叫做堵板，堵板一般是由于发生干板，漂浮在液层上的焦渣和固体颗粒落下堵塞塔板，同时也有可能是物质聚合生成聚合物堵塞塔板。申请人企业的乙烯装置多次由于堵板而强制降低负荷，对塔进行在线清洗，严重时，一年需要三次在线清洗才能维持运行，每次在线清洗的价格都在1000万左右，价格不菲。而且大修期间很可能需要更换整塔，包括设计、施工和材料话费将超过上亿元。不光是扬巴公司，进几年来，国内多家企业的乙烯装置也出现急冷油塔汽油回流不正常的问题，国内某石化公司分公司的急冷油塔也出现堵板的现象，国内某炼化乙烯分布也进行了在线开孔和在线清洗。不光在国内出现了此类问题，国外一些乙烯装置也发生了汽油回流不正常的问题，例如泰国的ptt公司的乙烯装置。这也说明了急冷油塔的堵板和液泛问题变得越来越普遍化，而现有技术的急冷油塔汽油回流调整操作手段仍然是停留在经验化和试探性的阶段，并不能有效的解决汽油回流不正常导致的急冷油塔堵板和液泛问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种急冷油塔汽油回流调整方法，防止汽油回流调整操作的试探性和经验主义，从根本上解决急冷油塔的堵板和液泛问题，从而提高操作人员的操作效率和装置生产效率，保证装置可靠运行。本发明采用如下技术方案：本发明急冷油塔汽油回流调整方法，其包括以下步骤：(1)在急冷油塔顶部预先带压开孔，分别在急冷油塔的第一板上方和第一板的下方插入压力表，两个压力表用于监视第一板的上下压力和压差；(2)将压力表测量的压差数据传到dcs系统中；(3)利用数据服务器将dcs系统和aspen系统建立数据通讯，使dcs系统检测的第一板压差、油气分压和汽油回流流量的实时数据通过aspen系统进行数据记录；(4)通过excel中的aspentech插件将aspen系统中的数据导出，从而实现对第一板压差、油气分压和汽油回流流量进行数据实时采集和数据建表；(5)将excel中导出的数据导入到minitab软件中进行数据建模，通过minitab软件中的回归功能，计算和导出现阶段目前油气分压和第一板压差以及回流的关系，获得了带有第一板压差、油气分压和汽油回流流量这三个因素的数学公式模型(1)，由此可知；再次通过minitab软件计算获得汽油回流流量和第一板压差的数学公式模型(2)：油气分压＝48.6-15.75×dp第一板-0.000252×f汽油回流+0.000084×dp第一板×f汽油回流(1)f汽油回流＝(1.0364+0.5485×dp第一板-0.0833×dp第一板×dp第一板+c1)*100000(2)式中：dp第一板：第一板压差，kpaf汽油回流：汽油回流流量，kg/hc1:修正系数获得数学公式模型(1)和(2)均按照以下过程操作：①数据录入：将采集好的数据录入minitab中，并为数据命名；②根据化工系统的大小，确定响应量的滞后时间；③点击minitab“统计”菜单中的回归→回归→拟合回归模型；④选择数据作为响应项和连续预测项；⑤点击确认，生成第一个分析表，检查各数据的相关性p值，确认其是否有统计学上的相关性；⑥剔除出现在列表下方的明显异常值后，继续重复上述过程，直至rqs拟合度最高；⑦完成上述步骤后，获得数学模型公式；(6)将数学公式模型(2)导回excel中，利用excel宏命令将aspen系统的第一板压差和油气分压的实时数据导入数学公式模型(2)中，excel计算出新的汽油回流流量即汽油回流指导值，操作人员按照汽油回流指导值进行调整。作为优选的，步骤(6)中，利用excel宏命令将aspen系统的第一板压差和油气分压的实时数据导入数学公式模型(1)中的同时，限定汽油回流量最大值和最小值。作为优选的，汽油回流量最大值为250t/h，最小值为190t/h。作为优选的，步骤(5)中，修正系数c1的范围为0～0.2。作为优选的，当石脑油密度在0.68g/cm3以下时，修正系数c1的值为0.2，第一板压差的推荐值为2.7-2.8kpa；当石脑油密度在0.68-0.67g/cm3，修正系数c1的值为0.1，第一板压差的推荐值为2.9-3.2kpa；当石脑油密度在0.7g/cm3以上时，修正系数c1的值为0，第一板压差的推荐值为2.7-2.8kpa。作为优选的，在步骤(5)中操作过程⑤之前，在“模型”中勾选模型类型，使得最终模型的拟合度最高，然后再进行操作过程⑤。作为优选的，模型类型为二次型或三次型或添加互交项。作为优选的，在步骤(5)中操作过程⑤中，限定p值低于0.05时，具有统计学上的相关性。本发明的有益效果是：本发明通过采集第一板压差、油气分压和汽油回流数据，通过dcs系统和aspen系统建立数据通讯，通过minitab软件建立数据模型，建立基础数学模型，通过分析计算，最终回归模拟出了油气分压和第一板的压差以及汽油回流的数学公式模型(1)，公式模型拟合度41％，p值均为0.001，公式模型有效性较好。由于石脑油的密度决定了石脑油的轻重，较轻的石脑油产气量比较大，这时油气分压较大，想要降低就必须增加汽油回流和压差，但是无限制的增加汽油回流也会导致油气分压反而上升，见公式模型(1)最后一个二元项。然后根据目前的第一板压差和油气分压进行对比来调整汽油回流，具体是根据公式模型(2)计算出新的汽油回流流量，操作人员按照汽油回流指导值进行调整，使得急冷油塔的运行状况处在最佳状态，在油气分压达到合适值之后，整个塔会处于一个稳定状态，没有气相的突破，没有干板，同时也没有液泛，从而保证装置可靠运行，延长装置的运行周期。附图说明图1是石脑油的密度趋势图；图2是本发明急冷油塔汽油回流调整方法的原理框图；图3是急冷油塔上部结构示意图；图4是基于2018年6月数据核算的c-210塔盘水力学结果图；图5是基于2018年12月数据核算的c-210塔盘水力学结果图；图6是第5板2018年6月和2018年12月的性能对比图；图7是第15板2018年6月和2018年12月的性能对比图；图8是第23板2018年6月和2018年12月的性能对比图；图9是2015年9月至2019年3月之间的汽油干点趋势图；图10是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤①截图；图11是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤②截图；图12是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤③截图；图13是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤④截图；图14是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤⑤截图；图15是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤⑥截图；图16是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤⑦截图；图17是在minitab中获得数学公式模型(1)的步骤⑧截图；图18是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤①截图；图19是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤②截图；图20是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤③截图；图21是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤④截图；图22是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤⑤截图；图23是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤⑥截图；图24是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤⑦截图；图25是在minitab中获得数学公式模型(2)的步骤⑧截图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明一种急冷油塔汽油回流调整方法的具体实施例按照以下步骤进行：(1)在急冷油塔顶部预先带压开孔，分别在急冷油塔的第一板上方和第一板的下方插入压力表，两个压力表用于监视第一板的上下压力和压差；(2)将压力表测量的压差数据传到dcs系统中；(3)利用数据服务器将dcs系统和aspen系统建立数据通讯，使dcs系统检测的第一板压差、油气分压和汽油回流流量的实时数据通过aspen系统进行数据记录；(4)通过excel中的aspentech插件将aspen系统中的数据导出，从而实现对第一板压差、油气分压和汽油回流流量进行数据实时采集和数据建表；(5)将excel中导出的数据导入到minitab软件中进行数据建模，通过minitab软件中的回归功能，计算和导出现阶段目前油气分压和第一板压差以及回流的关系，获得了带有第一板压差、油气分压和汽油回流流量这三个因素的数学公式模型(1)，由此可知；再次通过minitab软件计算获得汽油回流流量和第一板压差的数学公式模型(2)：油气分压＝48.6-15.75×dp第一板-0.000252×f汽油回流+0.000084×dp第一板×f汽油回流(1)f汽油回流＝(1.0364+0.5485×dp第一板-0.0833×dp第一板×dp第一板+c1)*100000(2)式中：dp第一板：第一板压差，kpaf汽油回流：汽油回流流量，kg/hc1:修正系数获得数学公式模型(1)的过程按照以下步骤进行操作：①数据录入如图10所示：将采集好的数据录入minitab中，并为数据命名；②如图11所示，根据化工系统的大小，确定响应量的滞后时间，本过程中的滞后时间为2分钟，图中的滞后(l)即为滞后时间，单位为分钟；③如图12所示，点击minitab“统计”菜单中的回归→回归→拟合回归模型；④如图13所示，选择数据作为响应项和连续预测项；⑤如图14所示，可以在“模型”中勾选模型类型，如二次型，三次型和添加互交项等，使得最终模型的拟合度最高为目的；⑥如图15所示，点击确认，生成第一个分析表，检查各数据的相关性p值，确认其是否有统计学上的相关性，相关性p值一般为低于0.05为准；⑦如图16所示，列表下方会出现一些异常值，剔除明显的异常值后继续重复①-⑥的过程，直至rqs拟合度最高，但是样本数量不能由于剔除异常值而过少；⑧如图17所示，完成上述步骤后，获得数学模型公式(1)；获得数学公式模型(2)的过程按照以下步骤进行操作：①数据录入如图18所示：将采集好的数据录入minitab中，并为数据命名；②如图19所示，根据化工系统的大小，确定响应量的滞后时间，本过程中的滞后时间为2分钟，图中的滞后(l)即为滞后时间，单位为分钟；③如图20所示，点击minitab“统计”菜单中的回归→回归→拟合回归模型；④如图21所示，选择数据作为响应项和连续预测项；⑤如图22所示，可以在“模型”中勾选模型类型，如二次型，三次型和添加互交项等，使得最终模型的拟合度最高为目的；⑥如图23所示，点击确认，生成第一个分析表，检查各数据的相关性p值，确认其是否有统计学上的相关性，相关性p值一般为低于0.05为准；⑦如图24所示，列表下方会出现一些异常值，剔除明显的异常值后继续重复①-⑥的过程，直至rqs拟合度最高，但是样本数量不能由于剔除异常值而过少；⑧如图25所示，完成上述步骤后，获得数学模型公式(2)；(6)将数学公式模型(2)导回excel中，利用excel宏命令将aspen系统的第一板压差和油气分压的实时数据导入数学公式模型(2)中，同时限定汽油回流量最大值和最小值，excel计算出新的汽油回流流量即汽油回流指导值，操作人员按照汽油回流指导值进行调整。汽油回流量最大值和最小值是根据实际情况设定，通常是由泵的额定流量有关，在申请人的乙烯装备的急冷油塔中，采用的泵的最大运行流量为250t/h，因此设定汽油回流量最大值为250t/h，最小值为190t/h。修正系数在根据不同工况的情况下进行改变，主要根据石脑油密度设定，在申请人的乙烯装备的急冷油塔中，修正系数c1的范围为0～0.2。当石脑油密度在0.68g/cm3以下时，修正系数c1的值为0.2，第一板压差的推荐值为2.7-2.8kpa；当石脑油密度在0.68-0.67g/cm3，修正系数c1的值为0.1，第一板压差的推荐值为2.9-3.2kpa；当石脑油密度在0.7g/cm3以上时，修正系数c1的值为0，第一板压差的推荐值为2.7-2.8kpa。本发明是针对汽油回流调整的一种新思路和方法。乙烯装置最常用的数据传输和采集系统就是dcs系统，其是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，广泛应用于石油化工行业。dcs通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，dcs的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。aspenplus是大型通用流程模拟系统，具体的说是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。aspenplus经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计，广泛应用于石油化工行业。minitab软件是现代质量管理统计的领先者，全球六西格玛实施的共同语言，具有无可比拟的强大功能和简易的可视化操作，深受广大质量学者和统计专家的青睐。minitab可以对大量的数据进行分析，找出其中的差距和相关性，并能根据所给数据进行数学公式的建模。目前广泛运用于石油化工行业。本项技术主要应用在乙烯装置急冷油塔汽油回流的调节中，首先在急冷油塔顶部预先带压开孔，分别在急冷油塔的第一板上方和第一板的下方插入两块压力表用于监视第一板的压力和压差，将测量的压差数据传回到dcs操作台上，操作人员发现了第一板的压差、汽油回流和急冷油塔顶部的油气分压有着一定的关系。并且这个压差也受到了石脑油组分的影响，石脑油组分较轻时，压差普遍较低，反之，则压差较大。装置通过每隔一段时间对第一板压差、油气分压和汽油回流进行采集数据，主要采集数据有第一板的压差，汽油回流的流量，还有为了知道油气分压，还采集了c210塔顶的气相有机物的总量和总气相的压力，计算出有机物的分压，获得油气分压。具体模型的建立是利用了minitab这款软件，进行回归，考虑到滞后效应，本实施例中预测相和观察相有一个2分钟的滞后(滞后时间具体是由系统的大小来确定)，模型拟合度达到最佳。建立基础数学模型，通过分析计算，最终回归模拟出了油气分压和第一板的压差以及汽油回流的数学公式模型(1)，方程拟合度41％，p值均为0.001，方程有效性较好，由此确定第一板的压差、汽油回流和急冷油塔顶部的油气分压有着一定的关系。由于石脑油的密度决定了石脑油的轻重，较轻的石脑油产气量比较大，这时油气分压较大，想要降低就必须增加汽油回流和压差，但是无限制的增加汽油回流也会导致油气分压反而上升，见方程最后一个二元项。根据实时的第一板压差压差和适宜的油气分压进行对比来调整汽油回流，具体是根据公式模型(2)计算出新的汽油回流流量，操作人员按照新的汽油回流流量进行调整，最终使得急冷油塔的运行状况处在最佳状态，在油气分压达到一个合适值之后，整个塔会处于一个稳定状态，没有气相的突破，没有干板，同时也没有液泛。延长装置的运行周期。自2018年7月申请人按照本发明的方法对急冷油塔的汽油回流进行调整，按照这种方法，急冷油塔运行状况稳定，没有出现负荷瓶颈。调整实例1：工况：当天急冷油塔状况为汽油回流量为190t/h，操作人员发现急冷油塔顶温度在缓慢下降，从106℃降至98℃，此时急冷油塔顶第一板的压差已经降至2.226kpa。操作人员按照以往的经验进行调整，根据顶温下降的现象开始降低汽油回流，在汽油降至168t/h后，顶温反而没有上涨，而且顶温波动越来越大。随之汽油干点开始上升，急冷水塔汽油侧液位也开始波动。而按照本发明，则随之根据公式模型(2)开始测算急冷油塔汽油回流量是否正确，经过计算汽油回流量属于偏低，在当前石脑油密度0.6755g/cm3的情况下，第一板压差应在2.8kpa左右，将第一板压差应在2.8kpa带入公式模型(2)中，并将修正系数的值定为0.2，计算后得到汽油回流指导值应该在211.9t/h左右，故将汽油回流逐渐加大至210t/h后，急冷油塔顶温逐渐变的稳定，并且在一定时间后开始慢慢回升至105℃，操作人员此时根据顶温上涨速度进行回流量的微调，最终回流定在212t/h，急冷油塔恢复正常，汽油干点隔日后恢复正常。根据以往经验调整失败是由于过低的回流造成了重组分的夹带，在急冷水塔中重组分过多造成了急冷水乳化，汽油回流带水导致顶温下降，继续减少回流只会恶化。而根据公式模型(2)增加回流将压差调回正常值后，系统才能慢慢恢复。调整实例2：工况：当天急冷油塔状况为汽油回流量为210t/h，操作人员发现急冷油塔顶温度在缓慢下降，从103℃降至95℃，此时急冷油塔顶第一板的压差已经为3.8kpa。操作人员发现第一板压差偏高。随之汽油采样分析，干点上升，汽油发黑。急冷水塔汽油侧液位也开始波动。由于石脑油密度已经超过0.71g/cm3，3.8kpa的压差已经属于偏高，将修正系数c1的值调整为0，在目前石脑油密度下，第一板压差应在3.2kpa左右，带入公式模型(2)中，计算后得到汽油回流指导值应该在193.86t/h左右，故将汽油回流逐渐降至195t/h后，急冷油塔顶温逐渐变的稳定，并且在一定时间后开始慢慢回升至103℃，操作人员此时根据顶温上涨速度进行回流量的微调，最终回流定在196t/h，急冷油塔恢复正常，汽油干点隔日后恢复正常。调整实例3：工况：当天急冷油塔状况为汽油回流量为215t/h，急冷油塔顶温在100℃左右，此时急冷油塔顶第一板的压差已经为3.5kpa。急冷油塔中段盘油液位不断升高，并且盘油温度逐渐下降，操作人员发现第一板压差偏高。随急冷水塔汽油侧液位不断上升(该侧液位属于界面计，水在下，油在上因此液位升高说明急冷油塔来的汽油变少)。由于石脑油密度在前一日实时密度为0.672g/cm3，当日由于新卸船一批重石脑油，导致石脑油密度上升至0.6878g/cm3，3.5kpa的压差已经属于偏高，将修正系数c1的值调整为0.1，在目前石脑油密度下，第一板压差应在3.0kpa左右，带入公式模型(2)中，计算后得到汽油回流指导值应该在203.22t/h左右，故将汽油回流逐渐降至200t/h后，急冷油塔顶温逐渐回升，并且在一定时间后开始慢慢回升至103℃，盘油液位开始下降，同时盘油温度开始回升，急冷水塔的汽油侧界面恢复正常。表1为2018年6月和2018年12月急冷油塔的具体操作参数对比。表1中，循环量代表回流量，急冷油塔有三股回流，分别为：汽油回流、po回流(俗称盘油回流)、qo回流(即急冷油回流)。每一个回流在调整之前都是超大的，不但没有将塔控制好，反而造成能能耗过高。过大的回流不但会造成液泛，同时也消耗了大量的能量。调整后，每个回流量都大幅减少，不仅解决了负荷瓶颈，同时整塔能耗也在不断降低。项目位号单位2018年6月2018年12月急冷油塔顶温度320tc2004c115.2103.3急冷油塔顶压力320pi2001akpag59.258.84急冷油塔底温度320ti2001c189.6196.8汽油回流量320fc2002kg/h245888194505po循环量320fc2052kg/h12398651113855po抽出量320fi2011kg/h00qo循环量320fc2004kg/h40422671869756fo抽出量320fc2063kg/h45234216表1图4是基于2018年6月数据核算的c-210塔盘水力学结果，图5是按照本发明的方法调整汽油回流后，基于2018年12月数据核算的c-210塔盘水力学结果。图4和图5表示了每个塔板的设计压差和实际压差的对比，能反映出每块塔板是否运行正常，是否存在液层过高或者过低甚至干板的现象。由图4可以看出，其中有8块塔板(方框标出的数据)出现问题，大多数在中上部，其塔板压降均超过了500pa，高于要求值，有的甚至达到了575pa；由图5可以看出，调整后塔板压降几乎全部趋于正常，仅有两块塔板(方框标出的数据)出现压差较高现象，但是超值较少。为了直观的显示塔板的性能，在急冷油塔的上、中、下分别选取一块塔板做性能测试，性能测试结果如图6至图8所示，图6为第5板2018年6月和2018年12月的性能对比，图7为第15板2018年6月和2018年12月的性能对比，图8为第23板2018年6月和2018年12月的性能对比。图6至图8的结果显示相比于2018年6月时，2018年12月的被测塔板均相较于之前有了明显的改善，操作点离最佳操作线的距离越来越近，有的甚至位于最佳操作线上。图9为2015年9月至2019年3月之间的汽油干点趋势，从汽油干点来看，2018年4月大修后，汽油干点恢复正常，之后根据传统的经验调整汽油回流，汽油干点依然在不断的小幅上升，直到2018年7月本发明的汽油回流调整方法的实施，汽油干点稳步下降并逐渐稳定在205℃左右，这更加说明了本发明的汽油回流调整方法是非常有效的。本发明的汽油回流调整方法具有以下优点：(1)建立了汽油回流及油气分压的数学模型，在汽油回流的调整上，不再仅仅依靠经验或者试探性的调整，可靠性大大提高。(2)由于可视化的操作，操作人员可以在很短的时间内掌握调整方法。(3)汽油干点能得到很好的控制，说明急冷油塔上部的液泛得到了很好的控制，同时也不存在干板的可能。(4)对原料快速变化后的及时调整给出了清晰的信号，原料变重或者原料变轻，操作人员可以很容易的根据压差的变化，及时判断并调整回流。(5)节约运行成本，提高企业经济效益，企业能从以下两个方面获得效益：①节省了每年至少2次的在线清洗费用，每次费用在1000万左右，即节省了2000万左右的维护费用。包括后期的设备的跟换，费用将是上亿元。②由于负荷瓶颈打破，乙烯装置重回高负荷状态，能耗相比低负荷大幅降低，即由原有的848kgec/t下降至813kgec/t，下降幅度高达4.13％，以目前乙烯装置负荷年产74万吨来计算，将标煤这算成天然气消耗，即每产一吨乙烯少消耗26.316m3的天然气。全年减少1947.384万m3天然气，折合成效益为3094万元。当前第1页12