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多变量预测控制在丙烯精馏过程中的应用研究
李亮亮
1
，肖 军
1
，齐恺男
2
（1. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺 113001；2. 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044）
丙烯精馏塔是丙烯装置的关键设备，主要功能是将丙烯
从丙烷及其他组分的混合物中分离。由于丙烯与丙烷的相对挥
发度差异较小，分离比较困难，并且，在实际生产过程中进料
组分随着上游产品的变化而变化，带来较多干扰。丙烯精馏塔
由多级塔板组成，塔的内在机理复杂、惯性大、滞后时间长，
控制回路关联性强、控制过程十分复杂。国内大多数丙烯精馏
过程通常采用基本的 PID 控制，当遇到进料量波动等干扰时，
基本 PID 控制很难达到理想的预期控制效果
[1]
。 目前，丙烯
精馏过程控制的研究分为质量直接控制；采用塔顶和塔釜产品
质量为控制指标，实行“卡边”控制，降低能耗
[2]
。 产品质量
软测量技术；应用于丙烯精馏过程以获得更为准确的变量及参
数描述
[3-4]
。 以温度为控制指标对质量进行间接控制
[5]
； 利用
APC—Hiecon 软件进行多变量预测控制技术的应用等。从而，
在保证产品质量的同时，增加产量，降低能耗。
丙烯精馏装置采用 PID 控制虽然能在一定程度上保证丙
烯的质量指标要求，但在控制操作和运行中仍存在一些问题，
比如 PID 控制方案中参数之间协调性差，致使有些工艺指标未
收稿日期：2013
–
08
–
04 稿件编号：201308040
作者简介：李亮亮 (1981—)，男，辽宁铁岭人，硕士研究生。研究方向：智能控制算法与应用。
文中针对丙烯精馏过程多变量、强耦合、强干扰、大滞后的复杂特性，采用多变量预测控制算法设计了一种
控制系统实现区间控制，通过确定各被控变量优先级，利用其区间要求范围内所剩余的自由度，操纵变量在一定范
围内变化。从而，进一步提高控制品质，获得更大的经济效益。仿真结果表明该控制算法响应速度快，抗干扰能力
强，具有较好的控制效果。
关键词：丙烯精馏；多变量预测控制；区间控制；仿真
中图分类号：
TN
29
文献标识码：A
文章编号：1674-6236(2014)07-0082-04
摘要
：
1
丙烯精馏工艺流程
Application and study of multi-variable predictive control algorithm in propylene
distillation process
LI Liang-liang
1
, XIAO Jun
1
, QI Kai-nan
2
（1.
Institute of Information & Control Engineering
,
Liaoning University of Petroleum & Chemical
Technology
,
Fushun 113001
,
China
;
2.
School of Electronic Information Engineering, Beijing Jiaotong
University,Beijing 100044
,
China
）
Abstract:
In view of propylene distillation process, there are complex features with multi-variable, strong coupling, strong
interference and large lag. Multi-variable predictive control algorithm was adopted to design control system to achieve zone
control strategy. By determining the priority of the controlled variables, using the interval required within the scope of the
remaining degrees of freedom, manipulated variable change within a certain scope, we can further improve the quality of the
control and then gain greater economic benefits. The simulation results show that this algorithm has fast response, strong anti-
interference and better control effect.
Key words:
propylene distillation; multi-variable predictive control; zone control; simulation
能完全达到设计标准，特别是塔釜中采出的丙烯浓度含量高，
丙烯产品损失较大；塔顶回流量大，从而增大了塔釜再沸器的
负荷，能耗增大，经常超出了设计要求的指标，且工艺状态不
够稳定。为此，文中在深入研究工艺机理和控制策略的基础上，
提出了一种基于状态空间模型的多变量预测算法控制方案。采
用产品质量作为控制指标，被控变量为塔顶杂质丙烷浓度、塔
釜丙烯浓度、塔压。控制变量回流量、塔釜再沸器蒸汽量、塔
釜采出量，综合实现区间控制。仿真结果表明此控制方法的快
速性和稳定性较 PID 控制都有显著的提高，综合控制指标得以
提高。
丙烯精馏工艺流程如图 1 所示。该流程由 A 塔和 B 塔串
联组成，实现丙烯和丙烷的分离。A 塔底部的丙烷馏分经冷却
后作为产品产出。A 塔顶部的气体进入 B 塔底部，B 塔底部液
相产品作为 A 塔的回流打回顶部。B 塔顶部气相产品经冷却后
进入回流罐。丙烯由 B 塔侧线产出。
由于丙烯精馏过程中热量及物料平衡相互作用的影响，使
电子设计工程
第
7
期第
22
卷
Vol.
22
No.
7
Electronic Design Engineering
Apr.
2014
2014 年4月
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