Hysys對精餾操作的動(dòng)態(tài)模擬

自由飛翔

摘要 本文運(yùn)用hysys流程模擬軟件，對石油化工常壓蒸餾工藝流程進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)操作和動(dòng)態(tài)操作的模擬計(jì)算。以進(jìn)料流量變化為例，分析了常壓蒸餾塔在有波動(dòng)干擾時(shí)，整個(gè)工藝流程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化過程，模擬了常規(guī)PID控制方案響應(yīng)情況，預(yù)測了常規(guī)控制方案容易出現(xiàn)的問題。

主題詞 Hysys 流程模擬 動(dòng)態(tài)

1、前言

多年來，穩(wěn)態(tài)流程模擬技術(shù)在石油化工過程的設(shè)計(jì)和已有生產(chǎn)裝置操作方案的優(yōu)選方面發(fā)揮了非常重要的作用，已為石油化工行業(yè)廣泛接受。近幾年，動(dòng)態(tài)流程模擬技術(shù)也得到了實(shí)質(zhì)性的突破，aspen-TECH、HYPROTECH（現(xiàn)被ASPEN-TECH公司兼并）、SIMSCI等公司都開發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)流程模擬軟件。其中，HYPROTECH公司的HYSYS動(dòng)態(tài)流程模擬軟件是直接建立在原有的穩(wěn)態(tài)流程模擬平臺上，只需將原有的靜態(tài)流程模擬應(yīng)用進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到動(dòng)態(tài)流程模擬應(yīng)用，它即繼承了穩(wěn)態(tài)流程模擬的預(yù)算結(jié)果，保持動(dòng)態(tài)模擬的逼真程度，又簡化了應(yīng)用，并且其模擬平臺采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)，具有良好的擴(kuò)展能力。

本文運(yùn)用HYSYS軟件先對常壓蒸餾工藝進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，并在穩(wěn)態(tài)模擬運(yùn)算結(jié)果基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)料流量的變化對常壓蒸餾塔操作影響的動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)算，分析常壓蒸餾工藝流程有干擾時(shí)，常規(guī)PID控制方案的響應(yīng)動(dòng)作過程，為改進(jìn)的集實(shí)時(shí)優(yōu)化與先進(jìn)控制于一體的控制方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2、常壓蒸餾的穩(wěn)態(tài)模擬

圖1為HYSYS軟件模擬簡單的常壓蒸餾工藝流程PFD圖。

圖1 常壓蒸餾工藝流程穩(wěn)態(tài)模擬PFD

450℉預(yù)熱原料物流（Preheat Crude）進(jìn)初步閃蒸罐（PreFlash）閃蒸，頂部分離出低分子氣態(tài)餾分，底部液態(tài)餾分經(jīng)加熱爐加熱到650℉，再與氣態(tài)餾分混合進(jìn)入常壓蒸餾塔。

蒸餾塔的工藝流程部分PFD如圖2所示。蒸餾塔理論塔板數(shù)為29，塔頂有回流冷凝器，側(cè)線產(chǎn)品有石腦油、煤油、柴油和AGO，都有相應(yīng)循環(huán)加熱泵及側(cè)線抽出設(shè)備，塔底為常壓渣油物流。蒸餾塔進(jìn)料在第28塊塔板上，且為過熱物流，水蒸氣進(jìn)料在第29塊塔板上。

本例的物流組成及性質(zhì)采用Peng Robinson狀態(tài)方程進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬過程中，油品原料須給定足夠的分析性質(zhì)，如密度、餾程、平均分子量、API度等等或其中的幾種性質(zhì)。在例中HYSYS自動(dòng)將原料按平均沸點(diǎn)分割成38種假組分進(jìn)行計(jì)算。接下來，指定流程中特定物流組分及流量等條件和各設(shè)備操作條件，如原料的溫度和壓力、蒸餾塔塔板的壓力等。當(dāng)設(shè)定滿足軟件進(jìn)行模擬運(yùn)算的必要條件時(shí)，軟件將自動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算。常壓蒸餾塔的設(shè)定如圖3所示，各物流條件及運(yùn)算結(jié)果如圖4所示，產(chǎn)品餾程曲線如圖5所示。

圖2 常壓蒸餾塔穩(wěn)態(tài)流程模擬PFD

圖3 常壓蒸餾塔操作條件的設(shè)定

圖4 穩(wěn)態(tài)模擬物流計(jì)算結(jié)果

圖5 常壓蒸餾穩(wěn)態(tài)模擬的產(chǎn)品餾程曲線

由以上常壓蒸餾穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算過程及運(yùn)算結(jié)果來看，用Hysys軟件模擬工藝流程具有良好的PFD界面，方便準(zhǔn)確的設(shè)定方式，直觀圖形化的結(jié)果分析，可以說Hysys是非常優(yōu)秀的工藝流程模擬軟件。

3、HYSYS的動(dòng)態(tài)模擬
HYSYS的動(dòng)態(tài)模擬可直接在靜態(tài)模擬的運(yùn)算結(jié)果上修整部分參數(shù)后進(jìn)行計(jì)算。將穩(wěn)態(tài)模擬的計(jì)算結(jié)果設(shè)定為裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的初始狀態(tài)，動(dòng)態(tài)模擬當(dāng)原料流量變化時(shí)，為維持各側(cè)線產(chǎn)品合格而對蒸餾塔的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)操作。首先，將從穩(wěn)態(tài)計(jì)算得到的蒸餾塔直徑和塔板高、側(cè)線設(shè)備的塔板尺寸及冷凝器體積等設(shè)備參數(shù)，作為已知量對各設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；然后分別將需要控制的容器液位和產(chǎn)品流量加上PID控制器。加入PID控制器的蒸餾塔工藝流程PFD如圖6所示。

圖6 常壓蒸餾塔動(dòng)態(tài)模擬PFD流程

各PID控制器PV、OP及操作要求如表1所示。

表1 常壓蒸餾塔PID控制器設(shè)置

PID名稱	PV（過程變量）	控制要求	OP（操作目標(biāo)）
Cond LC	冷凝器液位	50％	塔頂回流量
Reb LC	煤油回流罐液位	50％	煤油側(cè)線回流量
Off Gas FC	塔頂石油氣流量	5kgmol/h	冷凝器熱負(fù)荷
Diesel FC	柴油產(chǎn)品流量	127.5m3/h	柴油側(cè)線回流量
AGO FC	AGO產(chǎn)品流量	29.8m3/h	AGO側(cè)線回流量

各個(gè)設(shè)備必要參數(shù)及控制點(diǎn)設(shè)置好后，切換至動(dòng)態(tài)模擬模式，隨著PID控制器操作平穩(wěn)后，以更改進(jìn)料量為例，觀察分析常壓蒸餾塔在有波動(dòng)情況下，各PID控制器的響應(yīng)狀態(tài)，及對產(chǎn)品流量的影響。原料ATM Feed流量由2826.4kgmol/h變化至3000kgmol/h時(shí)，各PID控制動(dòng)作曲線如圖7所示，各產(chǎn)品流量變化曲線如圖8所示。

圖7 常壓蒸餾塔波動(dòng)PID控制變化曲線

圖8 常壓蒸餾塔各產(chǎn)品流量變化曲線

從動(dòng)態(tài)模擬的操作曲線可以看出，進(jìn)料量的變化對常壓蒸餾塔的操作造成了較大影響。特別需要注意的是塔頂冷凝負(fù)荷的控制，由圖中可看出干擾對其操作狀態(tài)的影響是最大的。
4、結(jié)束語
本文通過實(shí)現(xiàn)對常壓蒸餾工藝的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的模擬，分析了進(jìn)料量的變化對蒸餾塔操作的影響，真實(shí)預(yù)測了存在干擾時(shí)PID控制方案的動(dòng)作情況，為改進(jìn)的集實(shí)時(shí)優(yōu)化和先進(jìn)控制于一體的控制方案設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王亮，呂文詳，黃德先．計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)．2006

原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_59dd24e30100bi7l.html

該貼已經(jīng)同步到 自由飛翔的微博

One_Day

哎，動(dòng)態(tài)模擬比較難。好難弄啊

johnli

動(dòng)態(tài)模擬挺有意思的

zhujiake

回復(fù)賺金幣

海啊

不錯(cuò)的答案

ustcapei

馬克一下�。。。。。。。。。。。。。�！

華府小書童

幫頂一下咯。

敬畏的_Su3mJ

動(dòng)態(tài)模擬真的很難，頂一下，謝謝樓主得分享！

傻瓜

學(xué)習(xí)中，有點(diǎn)難

動(dòng)力火車

謝謝樓主的分享