Hysys對精餾操作的動態模擬

自由飛翔

摘要 本文運用hysys流程模擬軟件，對石油化工常壓蒸餾工藝流程進行了穩態操作和動態操作的模擬計算。以進料流量變化為例，分析了常壓蒸餾塔在有波動干擾時，整個工藝流程的動態響應變化過程，模擬了常規PID控制方案響應情況，預測了常規控制方案容易出現的問題。

主題詞 Hysys 流程模擬 動態

1、前言

多年來，穩態流程模擬技術在石油化工過程的設計和已有生產裝置操作方案的優選方面發揮了非常重要的作用，已為石油化工行業廣泛接受。近幾年，動態流程模擬技術也得到了實質性的突破，aspen-TECH、HYPROTECH（現被ASPEN-TECH公司兼并）、SIMSCI等公司都開發出相應的動態流程模擬軟件。其中，HYPROTECH公司的HYSYS動態流程模擬軟件是直接建立在原有的穩態流程模擬平臺上，只需將原有的靜態流程模擬應用進行轉換即可得到動態流程模擬應用，它即繼承了穩態流程模擬的預算結果，保持動態模擬的逼真程度，又簡化了應用，并且其模擬平臺采用面向對象技術開發，具有良好的擴展能力。

本文運用HYSYS軟件先對常壓蒸餾工藝進行穩態模擬，并在穩態模擬運算結果基礎上，進行進料流量的變化對常壓蒸餾塔操作影響的動態模擬運算，分析常壓蒸餾工藝流程有干擾時，常規PID控制方案的響應動作過程，為改進的集實時優化與先進控制于一體的控制方案設計提供依據。

2、常壓蒸餾的穩態模擬

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態模擬PFD

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

蒸餾塔的工藝流程部分PFD如圖2所示。蒸餾塔理論塔板數為29，塔頂有回流冷凝器，側線產品有石腦油、煤油、柴油和AGO，都有相應循環加熱泵及側線抽出設備，塔底為常壓渣油物流。蒸餾塔進料在第28塊塔板上，且為過熱物流，水蒸氣進料在第29塊塔板上。

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

圖2 常壓蒸餾塔穩態流程模擬PFD

圖3 常壓蒸餾塔操作條件的設定

圖4 穩態模擬物流計算結果

圖5 常壓蒸餾穩態模擬的產品餾程曲線

由以上常壓蒸餾穩態模擬計算過程及運算結果來看，用Hysys軟件模擬工藝流程具有良好的PFD界面，方便準確的設定方式，直觀圖形化的結果分析，可以說Hysys是非常優秀的工藝流程模擬軟件。

3、HYSYS的動態模擬
HYSYS的動態模擬可直接在靜態模擬的運算結果上修整部分參數后進行計算。將穩態模擬的計算結果設定為裝置正常運轉的初始狀態，動態模擬當原料流量變化時，為維持各側線產品合格而對蒸餾塔的實時動態操作。首先，將從穩態計算得到的蒸餾塔直徑和塔板高、側線設備的塔板尺寸及冷凝器體積等設備參數，作為已知量對各設備進行參數設定；然后分別將需要控制的容器液位和產品流量加上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 常壓蒸餾塔動態模擬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控制器設置

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

各個設備必要參數及控制點設置好后，切換至動態模擬模式，隨著PID控制器操作平穩后，以更改進料量為例，觀察分析常壓蒸餾塔在有波動情況下，各PID控制器的響應狀態，及對產品流量的影響。原料ATM Feed流量由2826.4kgmol/h變化至3000kgmol/h時，各PID控制動作曲線如圖7所示，各產品流量變化曲線如圖8所示。

圖7 常壓蒸餾塔波動PID控制變化曲線

圖8 常壓蒸餾塔各產品流量變化曲線

從動態模擬的操作曲線可以看出，進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荷的控制，由圖中可看出干擾對其操作狀態的影響是最大的。
4、結束語
本文通過實現對常壓蒸餾工藝的穩態和動態的模擬，分析了進料量的變化對蒸餾塔操作的影響，真實預測了存在干擾時PID控制方案的動作情況，為改進的集實時優化和先進控制于一體的控制方案設計提供了依據。
參考文獻
[1] 王亮，呂文詳，黃德先．計算機與應用化學．2006

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

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One_Day

哎，動態模擬比較難。好難弄啊

johnli

動態模擬挺有意思的

zhujiake

回復賺金幣

海啊

不錯的答案

ustcapei

馬克一下！！！！！！！！！！！！！！！

華府小書童

幫頂一下咯。

敬畏的_Su3mJ

動態模擬真的很難，頂一下，謝謝樓主得分享！

傻瓜

學習中，有點難

動力火車

謝謝樓主的分享