柴油管道在線調(diào)合系統(tǒng)方案設(shè)計分析

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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調(diào)合組分油和成品柴油的屬性進行測量，測量數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)測并優(yōu)化調(diào)合，實現(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，近幾年在國內(nèi)石化行業(yè)得到了相對廣泛的應(yīng)用推廣。相對于傳統(tǒng)的調(diào)合方式，在線調(diào)合的優(yōu)點非常明確，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驗后，再根據(jù)現(xiàn)場情況計算得到。如十六烷值改進劑，需要根據(jù)不同的添加劑品種做小試實驗，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，先采樣化驗十六烷值后，再根據(jù)需要提升的十六烷值，計算十六烷值改進劑的添加量?？鼓┨砑恿康挠嬎?，也是針對不同的添加劑品種，通過小試實驗得到合適的加劑量。在生產(chǎn)中，則不需要先化驗再計算添加量。隨著柴油產(chǎn)品的標(biāo)準不斷升級，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，如采用傾點儀和餾程儀等，但是在實時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，因此對模型維護和樣品的預(yù)處理（因為水對近紅外光線的吸收較大，因此對測量結(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），用于同時生產(chǎn)不同牌號的柴油，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）等不同排號的組合。每套調(diào)合系統(tǒng)設(shè)兩個靜態(tài)混合器串聯(lián)，兩套調(diào)合系統(tǒng)的組分油設(shè)計完全相同，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；即每個調(diào)合系統(tǒng)有5個直調(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)量相對穩(wěn)定）。直調(diào)油直接從裝置餾出口進入兩個調(diào)合系統(tǒng)，其中直調(diào)油進入兩個調(diào)合系統(tǒng)的流量分配可根據(jù)生產(chǎn)需要手動或優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件計算給出。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)閥流量計進入過剩罐。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，采用高揚程小流量的計量泵和計量級的流量計。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，采用兩個靜態(tài)混合器進行串聯(lián)。在第一個調(diào)合系統(tǒng)后，用近紅外測量空白樣的十六烷值，然后加劑進入第二個串聯(lián)的調(diào)合系統(tǒng)進行混合。添加劑的數(shù)量可以根據(jù)加劑曲線和空白樣來計算得到。此外，采用兩個靜態(tài)混合器串聯(lián)的方式還可以進一步提高產(chǎn)品的混合效果。因為柴油密度較大，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，信號引入分析小屋，分析小屋的測量信號傳輸至操作室DCS系統(tǒng)。兩套調(diào)合系統(tǒng)每套有8個組分，每個組分上分別設(shè)流量計和調(diào)節(jié)閥組及溫度壓力遠傳顯示，兩套調(diào)合總線上分別設(shè)兩套靜態(tài)混合器、一臺流量計、一臺壓控閥。組分油流量測量信號傳輸至操作室DCS系統(tǒng)。調(diào)合優(yōu)化軟件根據(jù)流量測量信號和組分油、成品油的各項質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)計算組分油的參調(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調(diào)合組分油和成品油的屬性進行測量，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）和成品柴油進行在線分析，共8個通道。該方法可以在線測量屬性有：十六烷值、閃點、凝點、冷濾點、餾程，粘度。近紅外儀表的測量精度受到3個因素的影響：實驗室分析方法的精度，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)的實驗室分析方法。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)的實驗室分析方法來標(biāo)明。近紅外對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。通過對該公司Ⅱ、Ⅲ柴油加氫精制柴油進行近紅外分析，近紅外在現(xiàn)場有效波長范圍內(nèi)對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)的正常運行，需要控制和優(yōu)化系統(tǒng)?；驹O(shè)計可以分為兩層。底層為控制軟件，通過在DCS上組態(tài)完成，主要功能包括對各個組分油和添加劑的流量控制，調(diào)合批次的管理，調(diào)合批次的自動切換，以及故障信息的報警和處理等。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)），對調(diào)合配方進行優(yōu)化（以直調(diào)油為基礎(chǔ)，對儲罐組分油進行優(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成品油的屬性進行預(yù)測。由于柴油調(diào)合的屬性（十六烷值，閃點等）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，用以對總管成品油屬性進行精確的預(yù)測。此外，調(diào)合總管的近紅外分析數(shù)值，用以對調(diào)合罐內(nèi)的成品進行屬性累積，并對罐內(nèi)成品油的屬性進行預(yù)測。此外，因為所有組分油均可以分別進入兩個調(diào)合系統(tǒng)，因此優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件需要協(xié)調(diào)這些組分油分別進入兩個調(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，會出現(xiàn)兩個調(diào)合系統(tǒng)對關(guān)鍵組分的搶奪，此時需要軟件根據(jù)用戶指定的規(guī)則，對其進行協(xié)調(diào)。因為可能會給出互相矛盾的配方，因此已經(jīng)不能簡單的針對每個調(diào)合系統(tǒng)進行單獨優(yōu)化，而是應(yīng)該把兩個調(diào)合系統(tǒng)作為一個整體進行優(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調(diào)合系統(tǒng)用掉的情況下，可以暫時進入過剩罐。由于直調(diào)組分油的數(shù)量較多，非常有可能會出現(xiàn)直調(diào)組分油過剩的情況。此時為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，過剩部分應(yīng)該暫時進入過剩罐。優(yōu)化協(xié)調(diào)軟件計算給出的組分油進入每個調(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，從而完成對配方的實施。

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)通過對組分油和成品柴油的實時監(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強度；通過對關(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

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作者：楊旭鈞 單位：南京金凌石化工程設(shè)計有限公司