柴油管道在線調(diào)合系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析

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摘要：基于某公司柴油管道調(diào)合與罐調(diào)的混合方式，提出了用近紅外分析儀對(duì)調(diào)合組分油和成品柴油的屬性進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)測并優(yōu)化調(diào)合，實(shí)現(xiàn)管道在線調(diào)合，調(diào)合成功率高，質(zhì)量控制穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：柴油；管道在線調(diào)合；近紅外分析；靜態(tài)混合器

自2010年國內(nèi)第一套柴油在線調(diào)合系統(tǒng)在大連石化投用以來，柴油管道在線調(diào)合系統(tǒng)經(jīng)過不斷的完善與升級(jí)，近幾年在國內(nèi)石化行業(yè)得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用推廣。相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)合方式，在線調(diào)合的優(yōu)點(diǎn)非常明確，調(diào)合成功率高，質(zhì)量控制穩(wěn)定，物耗和能耗均較低等。

1.某公司柴油調(diào)合概況

某公司自油品質(zhì)量升級(jí)改造后，成品柴油的產(chǎn)量超過4000kt/a。成品柴油直調(diào)組分較多，包括Ⅱ柴油加氫精制柴油，Ⅲ柴油加氫精制柴油，Ⅳ柴油加氫精制柴油，渣油加氫和蠟油加氫柴油，Ⅰ加氫裂化柴油，Ⅱ加氫裂化柴油，烷基苯返回油等。柴油中間組分除加氫裂化柴油、渣油加氫和蠟油加氫柴油直接參與調(diào)合外，直餾柴油、催化柴油和焦化柴油全部經(jīng)過柴油加氫精制后參與柴油調(diào)合。柴油添加劑有抗靜電劑、抗磨劑、十六烷值劑。成品柴油種類根據(jù)市場需求和生產(chǎn)計(jì)劃確定，有車柴、普柴、出口柴油等。該公司柴油原有調(diào)合方式為管道調(diào)合和罐調(diào)的混合方式，在收油完成后，加劑進(jìn)行循環(huán)。添加劑的使用量由質(zhì)檢中心根據(jù)添加劑的品種做小試實(shí)驗(yàn)后，再根據(jù)現(xiàn)場情況計(jì)算得到。如十六烷值改進(jìn)劑，需要根據(jù)不同的添加劑品種做小試實(shí)驗(yàn)，然后得到單位加劑可以提升的十六烷值。在生產(chǎn)過程中，收油結(jié)束后，先采樣化驗(yàn)十六烷值后，再根據(jù)需要提升的十六烷值，計(jì)算十六烷值改進(jìn)劑的添加量?？鼓┨砑恿康挠?jì)算，也是針對(duì)不同的添加劑品種，通過小試實(shí)驗(yàn)得到合適的加劑量。在生產(chǎn)中，則不需要先化驗(yàn)再計(jì)算添加量。隨著柴油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，控制指標(biāo)等都有了新的要求和限制，原有調(diào)合方式已不能滿足質(zhì)量要求，下面結(jié)合該公司柴油系統(tǒng)流程，提出柴油管道在線調(diào)合方案。

2.調(diào)合方案

在柴油調(diào)合中，除了近紅外方案外，也有采用直接測量的方式，如采用傾點(diǎn)儀和餾程儀等，但是在實(shí)時(shí)性和多樣性等方面與近紅外沒有可比性。而近紅外分析儀表受到預(yù)處理和油品性質(zhì)的影響較大，因此對(duì)模型維護(hù)和樣品的預(yù)處理（因?yàn)樗畬?duì)近紅外光線的吸收較大，因此對(duì)測量結(jié)果造成影響也較大）要求較高。目前的主流方案為使用近紅外分析儀表，本文按近紅外方案。

(1)工藝方案柴油管道在線調(diào)合調(diào)合控制的主要指標(biāo)為十六烷值、硫含量、密度等。①調(diào)合系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)需求，柴油調(diào)合使用兩套調(diào)合系統(tǒng)方案（調(diào)合系統(tǒng)1、調(diào)合系統(tǒng)2），用于同時(shí)生產(chǎn)不同牌號(hào)的柴油，如國Ⅵ車柴（十六烷值＞51.5，硫含量＜10ppm，密度＜845kg/m3），國Ⅵ普柴（十六烷值＞49.5，硫含量＜10ppm，密度＜850kg/m3）等不同排號(hào)的組合。每套調(diào)合系統(tǒng)設(shè)兩個(gè)靜態(tài)混合器串聯(lián)，兩套調(diào)合系統(tǒng)的組分油設(shè)計(jì)完全相同，調(diào)合系統(tǒng)流量的匹配按每套調(diào)合系統(tǒng)都能滿足柴油全部調(diào)合總量（600t/h）的要求；即每個(gè)調(diào)合系統(tǒng)有5個(gè)直調(diào)組分油，分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ柴油加氫精制柴油，Ⅰ加氫裂化柴油，渣油加氫和蠟油加氫柴油（蠟油加氫柴油質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定）。直調(diào)油直接從裝置餾出口進(jìn)入兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)，其中直調(diào)油進(jìn)入兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)的流量分配可根據(jù)生產(chǎn)需要手動(dòng)或優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件計(jì)算給出。在特殊的情況下，如調(diào)合系統(tǒng)停車，或者經(jīng)過計(jì)算直調(diào)油不能完全參與調(diào)合等，多余的直調(diào)油經(jīng)過調(diào)節(jié)閥流量計(jì)進(jìn)入過剩罐。Ⅱ加氫裂化柴油和烷基苯返回油設(shè)組分罐，另Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ柴油加氫精制柴油設(shè)組分過剩罐；Ⅰ加氫裂化柴油、渣油加氫和蠟油加氫柴油由于量較少不設(shè)過剩罐，直接進(jìn)調(diào)合系統(tǒng)。過剩罐中的組分油經(jīng)過變頻調(diào)合泵加壓后，作為組分進(jìn)入調(diào)合系統(tǒng)1或調(diào)合系統(tǒng)2參與調(diào)合。②添加劑。3種柴油添加劑采用組分油的方式在線調(diào)入調(diào)合總管第二個(gè)靜態(tài)混合器前，以便充分混合，取消加劑循環(huán)。在添加劑系統(tǒng)中，采用高揚(yáng)程小流量的計(jì)量泵和計(jì)量級(jí)的流量計(jì)。由于柴油不能固定十六烷值添加劑量和品種，為了能夠正確檢測成品柴油添加十六烷值量，采用兩個(gè)靜態(tài)混合器進(jìn)行串聯(lián)。在第一個(gè)調(diào)合系統(tǒng)后，用近紅外測量空白樣的十六烷值，然后加劑進(jìn)入第二個(gè)串聯(lián)的調(diào)合系統(tǒng)進(jìn)行混合。添加劑的數(shù)量可以根據(jù)加劑曲線和空白樣來計(jì)算得到。此外，采用兩個(gè)靜態(tài)混合器串聯(lián)的方式還可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的混合效果。因?yàn)椴裼兔芏容^大，混合效果較差。因此采用靜態(tài)混合器串聯(lián)的方式還可以徹底解決循環(huán)帶來的時(shí)間和物料的損失。③調(diào)合組分設(shè)施及自控設(shè)施。3套柴油加氫精制柴油和兩套調(diào)合系統(tǒng)總線上均設(shè)置近紅外分析儀和硫含量分析儀探頭，渣油加氫和蠟油加氫柴油、Ⅰ加氫裂化柴油以及過剩罐組分油設(shè)置近紅外分析儀探頭，信號(hào)引入分析小屋，分析小屋的測量信號(hào)傳輸至操作室DCS系統(tǒng)。兩套調(diào)合系統(tǒng)每套有8個(gè)組分，每個(gè)組分上分別設(shè)流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥組及溫度壓力遠(yuǎn)傳顯示，兩套調(diào)合總線上分別設(shè)兩套靜態(tài)混合器、一臺(tái)流量計(jì)、一臺(tái)壓控閥。組分油流量測量信號(hào)傳輸至操作室DCS系統(tǒng)。調(diào)合優(yōu)化軟件根據(jù)流量測量信號(hào)和組分油、成品油的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算組分油的參調(diào)流量，并據(jù)此控制組分油調(diào)節(jié)閥的開度。

(2)在線分析儀表方案在調(diào)合過程中，需要在線分析儀表對(duì)調(diào)合組分油和成品油的屬性進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)測和優(yōu)化目的。在線儀表方案為采用近紅外分析儀對(duì)直調(diào)組分油（3套柴油加氫精制柴油、渣油加氫和蠟油加氫柴油、I加氫裂化柴油）和成品柴油進(jìn)行在線分析，共8個(gè)通道。該方法可以在線測量屬性有：十六烷值、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、餾程，粘度。近紅外儀表的測量精度受到3個(gè)因素的影響：實(shí)驗(yàn)室分析方法的精度，近紅外光譜的精度，近紅外模型的精度。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以得知以下結(jié)論：①近紅外儀表的精度不可能超過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室分析方法。②近紅外儀表模型（軟件）的精度決定了儀表的再現(xiàn)性。③近紅外儀表模型的精度由建模采樣的質(zhì)量和數(shù)量，以及建模軟件來決定。因此，近紅外模型的精度，一般以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室分析方法來標(biāo)明。近紅外對(duì)十六烷值添加劑的敏感程度受到添加劑的種類和添加量的綜合影響。通過對(duì)該公司Ⅱ、Ⅲ柴油加氫精制柴油進(jìn)行近紅外分析，近紅外在現(xiàn)場有效波長范圍內(nèi)對(duì)十六烷值添加劑不敏感。各組分油和成品柴油的密度可以通過質(zhì)量流量計(jì)測量得到，3套柴加精制柴油和成品柴油的總硫含量，可以通過在線總硫分析儀表測量得到。柴油調(diào)合的在線分析流路和關(guān)鍵屬性見下表。

(3)控制優(yōu)化協(xié)調(diào)系統(tǒng)方案為了保證調(diào)合系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要控制和優(yōu)化系統(tǒng)?；驹O(shè)計(jì)可以分為兩層。底層為控制軟件，通過在DCS上組態(tài)完成，主要功能包括對(duì)各個(gè)組分油和添加劑的流量控制，調(diào)合批次的管理，調(diào)合批次的自動(dòng)切換，以及故障信息的報(bào)警和處理等。在DCS的控制軟件層之上，是調(diào)合優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件，主要完成的功能為，根據(jù)生產(chǎn)情況（流速，總硫和近紅外的分析數(shù)據(jù)），對(duì)調(diào)合配方進(jìn)行優(yōu)化（以直調(diào)油為基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)罐組分油進(jìn)行優(yōu)化微調(diào)）。主要優(yōu)化的目標(biāo)為調(diào)合成本和質(zhì)量過剩最低（主要為十六烷值和密度）。在優(yōu)化過程中需要滿足的約束包括：組分油產(chǎn)量，國標(biāo)要求等。在優(yōu)化過程中，需要根據(jù)組分油的屬性和配方對(duì)成品油的屬性進(jìn)行預(yù)測。由于柴油調(diào)合的屬性（十六烷值，閃點(diǎn)等）多為非線性模型，因此不能簡單的使用線性疊加模型，需要智能的非線性模型，用以對(duì)總管成品油屬性進(jìn)行精確的預(yù)測。此外，調(diào)合總管的近紅外分析數(shù)值，用以對(duì)調(diào)合罐內(nèi)的成品進(jìn)行屬性累積，并對(duì)罐內(nèi)成品油的屬性進(jìn)行預(yù)測。此外，因?yàn)樗薪M分油均可以分別進(jìn)入兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)，因此優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件需要協(xié)調(diào)這些組分油分別進(jìn)入兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)的流量，尤其是在直調(diào)組分油流量受到限制的情況下，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵組分的搶奪，此時(shí)需要軟件根據(jù)用戶指定的規(guī)則，對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)。因?yàn)榭赡軙?huì)給出互相矛盾的配方，因此已經(jīng)不能簡單的針對(duì)每個(gè)調(diào)合系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化，而是應(yīng)該把兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化。在多調(diào)合系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，需要添加額外的約束，來描述組分油在兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)之間的分配關(guān)系。在直調(diào)組分油不能完全被兩個(gè)調(diào)合系統(tǒng)用掉的情況下，可以暫時(shí)進(jìn)入過剩罐。由于直調(diào)組分油的數(shù)量較多，非常有可能會(huì)出現(xiàn)直調(diào)組分油過剩的情況。此時(shí)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，過剩部分應(yīng)該暫時(shí)進(jìn)入過剩罐。優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件計(jì)算給出的組分油進(jìn)入每個(gè)調(diào)合系統(tǒng)的最優(yōu)流量設(shè)定值，可以下載給DCS，通過控制軟件，調(diào)節(jié)閥門控制流量，從而完成對(duì)配方的實(shí)施。

3.管道在線調(diào)合帶來的效益

柴油管道在線調(diào)合系統(tǒng)通過對(duì)組分油和成品柴油的實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化，提高一次調(diào)合成功率，通過靜態(tài)混合器的充分混合，減少或者徹底取消加劑循環(huán)，從而避免循環(huán)損失和提高儲(chǔ)罐的利用率；降低了密度分層，使得產(chǎn)品質(zhì)量更加均勻；大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；通過對(duì)關(guān)鍵屬性，如硫含量、密度和十六烷值的卡邊控制和優(yōu)化，降低了調(diào)合成本。

參考文獻(xiàn)

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作者：楊旭鈞 單位：南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司