柴油管道在線調合系統方案設計分析

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摘要：基于某公司柴油管道調合與罐調的混合方式，提出了用近紅外分析儀對調合組分油和成品柴油的屬性進行測量，測量數據可以用于監測并優化調合，實現管道在線調合，調合成功率高，質量控制穩定。

關鍵詞：柴油；管道在線調合；近紅外分析；靜態混合器

自2010年國內第一套柴油在線調合系統在大連石化投用以來，柴油管道在線調合系統經過不斷的完善與升級，近幾年在國內石化行業得到了相對廣泛的應用推廣。相對于傳統的調合方式，在線調合的優點非常明確，調合成功率高，質量控制穩定，物耗和能耗均較低等。

1.某公司柴油調合概況

某公司自油品質量升級改造后，成品柴油的產量超過4000kt/a。成品柴油直調組分較多，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合外，直餾柴油、催化柴油和焦化柴油全部經過柴油加氫精制后參與柴油調合。柴油添加劑有抗靜電劑、抗磨劑、十六烷值劑。成品柴油種類根據市場需求和生產計劃確定，有車柴、普柴、出口柴油等。該公司柴油原有調合方式為管道調合和罐調的混合方式，在收油完成后，加劑進行循環。添加劑的使用量由質檢中心根據添加劑的品種做小試實驗后，再根據現場情況計算得到。如十六烷值改進劑，需要根據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。在生產過程中，收油結束后，先采樣化驗十六烷值后，再根據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。在生產中，則不需要先化驗再計算添加量。隨著柴油產品的標準不斷升級，控制指標等都有了新的要求和限制，原有調合方式已不能滿足質量要求，下面結合該公司柴油系統流程，提出柴油管道在線調合方案。

2.調合方案

在柴油調合中，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處理和油品性質的影響較大，因此對模型維護和樣品的預處理（因為水對近紅外光線的吸收較大，因此對測量結果造成影響也較大）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合調合控制的主要指標為十六烷值、硫含量、密度等。①調合系統。根據生產需求，柴油調合使用兩套調合系統方案（調合系統1、調合系統2），用于同時生產不同牌號的柴油，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。每套調合系統設兩個靜態混合器串聯，兩套調合系統的組分油設計完全相同，調合系統流量的匹配按每套調合系統都能滿足柴油全部調合總量（600t/h）的要求；即每個調合系統有5個直調組分油，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（蠟油加氫柴油質量相對穩定）。直調油直接從裝置餾出口進入兩個調合系統，其中直調油進入兩個調合系統的流量分配可根據生產需要手動或優化協調軟件計算給出。在特殊的情況下，如調合系統停車，或者經過計算直調油不能完全參與調合等，多余的直調油經過調節閥流量計進入過剩罐。Ⅱ加氫裂化柴油和烷基苯返回油設組分罐，另Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ柴油加氫精制柴油設組分過剩罐；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過剩罐，直接進調合系統。過剩罐中的組分油經過變頻調合泵加壓后，作為組分進入調合系統1或調合系統2參與調合。②添加劑。3種柴油添加劑采用組分油的方式在線調入調合總管第二個靜態混合器前，以便充分混合，取消加劑循環。在添加劑系統中，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，采用兩個靜態混合器進行串聯。在第一個調合系統后，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的調合系統進行混合。添加劑的數量可以根據加劑曲線和空白樣來計算得到。此外，采用兩個靜態混合器串聯的方式還可以進一步提高產品的混合效果。因為柴油密度較大，混合效果較差。因此采用靜態混合器串聯的方式還可以徹底解決循環帶來的時間和物料的損失。③調合組分設施及自控設施。3套柴油加氫精制柴油和兩套調合系統總線上均設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。兩套調合系統每套有8個組分，每個組分上分別設流量計和調節閥組及溫度壓力遠傳顯示，兩套調合總線上分別設兩套靜態混合器、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。調合優化軟件根據流量測量信號和組分油、成品油的各項質量指標數據計算組分油的參調流量，并據此控制組分油調節閥的開度。

(2)在線分析儀表方案在調合過程中，需要在線分析儀表對調合組分油和成品油的屬性進行測量，測量數據可以用于監測和優化目的。在線儀表方案為采用近紅外分析儀對直調組分油（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。在實際應用過程中，可以得知以下結論：①近紅外儀表的精度不可能超過相應的實驗室分析方法。②近紅外儀表模型（軟件）的精度決定了儀表的再現性。③近紅外儀表模型的精度由建模采樣的質量和數量，以及建模軟件來決定。因此，近紅外模型的精度，一般以相應的實驗室分析方法來標明。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，近紅外在現場有效波長范圍內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。柴油調合的在線分析流路和關鍵屬性見下表。

(3)控制優化協調系統方案為了保證調合系統的正常運行，需要控制和優化系統?；驹O計可以分為兩層。底層為控制軟件，通過在DCS上組態完成，主要功能包括對各個組分油和添加劑的流量控制，調合批次的管理，調合批次的自動切換，以及故障信息的報警和處理等。在DCS的控制軟件層之上，是調合優化協調軟件，主要完成的功能為，根據生產情況（流速，總硫和近紅外的分析數據），對調合配方進行優化（以直調油為基礎，對儲罐組分油進行優化微調）。主要優化的目標為調合成本和質量過剩最低（主要為十六烷值和密度）。在優化過程中需要滿足的約束包括：組分油產量，國標要求等。在優化過程中，需要根據組分油的屬性和配方對成品油的屬性進行預測。由于柴油調合的屬性（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測。此外，調合總管的近紅外分析數值，用以對調合罐內的成品進行屬性累積，并對罐內成品油的屬性進行預測。此外，因為所有組分油均可以分別進入兩個調合系統，因此優化協調軟件需要協調這些組分油分別進入兩個調合系統的流量，尤其是在直調組分油流量受到限制的情況下，會出現兩個調合系統對關鍵組分的搶奪，此時需要軟件根據用戶指定的規則，對其進行協調。因為可能會給出互相矛盾的配方，因此已經不能簡單的針對每個調合系統進行單獨優化，而是應該把兩個調合系統作為一個整體進行優化。在多調合系統的優化過程中，需要添加額外的約束，來描述組分油在兩個調合系統之間的分配關系。在直調組分油不能完全被兩個調合系統用掉的情況下，可以暫時進入過剩罐。由于直調組分油的數量較多，非常有可能會出現直調組分油過剩的情況。此時為了保證產品質量，過剩部分應該暫時進入過剩罐。優化協調軟件計算給出的組分油進入每個調合系統的最優流量設定值，可以下載給DCS，通過控制軟件，調節閥門控制流量，從而完成對配方的實施。

3.管道在線調合帶來的效益

柴油管道在線調合系統通過對組分油和成品柴油的實時監測和優化，提高一次調合成功率，通過靜態混合器的充分混合，減少或者徹底取消加劑循環，從而避免循環損失和提高儲罐的利用率；降低了密度分層，使得產品質量更加均勻；大大降低了操作人員的勞動強度；通過對關鍵屬性，如硫含量、密度和十六烷值的卡邊控制和優化，降低了調合成本。

參考文獻

[1]關海若,等.油品在線調和控制方案探討[J].煉油技術與工程,2005,35(08):53-56.

[2]崔巍,賈舒晨,周雪山,等.柴油在線優化調和系統在廣西石化的應用[J].計算機與應用化學,2013,30(11):1347-1350.

作者：楊旭鈞 單位：南京金凌石化工程設計有限公司