柴油管道在线调合系统方案设计分析

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摘要：基于某公司柴油管道调合与罐调的混合方式，提出了用近红外分析仪对调合组分油和成品柴油的属性进行测量，测量数据可以用于监测并优化调合，实现管道在线调合，调合成功率高，质量控制稳定。

关键词：柴油；管道在线调合；近红外分析；静态混合器

自2010年国内第一套柴油在线调合系统在大连石化投用以来，柴油管道在线调合系统经过不断的完善与升级，近几年在国内石化行业得到了相对广泛的应用推广。相对于传统的调合方式，在线调合的优点非常明确，调合成功率高，质量控制稳定，物耗和能耗均较低等。

1.某公司柴油调合概况

某公司自油品质量升级改造后，成品柴油的产量超过4000kt/a。成品柴油直调组分较多，包括Ⅱ柴油加氢精制柴油，Ⅲ柴油加氢精制柴油，Ⅳ柴油加氢精制柴油，渣油加氢和蜡油加氢柴油，Ⅰ加氢裂化柴油，Ⅱ加氢裂化柴油，烷基苯返回油等。柴油中间组分除加氢裂化柴油、渣油加氢和蜡油加氢柴油直接参与调合外，直馏柴油、催化柴油和焦化柴油全部经过柴油加氢精制后参与柴油调合。柴油添加剂有抗静电剂、抗磨剂、十六烷值剂。成品柴油种类根据市场需求和生产计划确定，有车柴、普柴、出口柴油等。该公司柴油原有调合方式为管道调合和罐调的混合方式，在收油完成后，加剂进行循环。添加剂的使用量由质检中心根据添加剂的品种做小试实验后，再根据现场情况计算得到。如十六烷值改进剂，需要根据不同的添加剂品种做小试实验，然后得到单位加剂可以提升的十六烷值。在生产过程中，收油结束后，先采样化验十六烷值后，再根据需要提升的十六烷值，计算十六烷值改进剂的添加量。抗磨剂添加量的计算，也是针对不同的添加剂品种，通过小试实验得到合适的加剂量。在生产中，则不需要先化验再计算添加量。随着柴油产品的标准不断升级，控制指标等都有了新的要求和限制，原有调合方式已不能满足质量要求，下面结合该公司柴油系统流程，提出柴油管道在线调合方案。

2.调合方案

在柴油调合中，除了近红外方案外，也有采用直接测量的方式，如采用倾点仪和馏程仪等，但是在实时性和多样性等方面与近红外没有可比性。而近红外分析仪表受到预处理和油品性质的影响较大，因此对模型维护和样品的预处理（因为水对近红外光线的吸收较大，因此对测量结果造成影响也较大）要求较高。目前的主流方案为使用近红外分析仪表，本文按近红外方案。

(1)工艺方案柴油管道在线调合调合控制的主要指标为十六烷值、硫含量、密度等。①调合系统。根据生产需求，柴油调合使用两套调合系统方案（调合系统1、调合系统2），用于同时生产不同牌号的柴油，如国Ⅵ车柴（十六烷值＞51.5，硫含量＜10ppm，密度＜845kg/m3），国Ⅵ普柴（十六烷值＞49.5，硫含量＜10ppm，密度＜850kg/m3）等不同排号的组合。每套调合系统设两个静态混合器串联，两套调合系统的组分油设计完全相同，调合系统流量的匹配按每套调合系统都能满足柴油全部调合总量（600t/h）的要求；即每个调合系统有5个直调组分油，分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ柴油加氢精制柴油，Ⅰ加氢裂化柴油，渣油加氢和蜡油加氢柴油（蜡油加氢柴油质量相对稳定）。直调油直接从装置馏出口进入两个调合系统，其中直调油进入两个调合系统的流量分配可根据生产需要手动或优化协调软件计算给出。在特殊的情况下，如调合系统停车，或者经过计算直调油不能完全参与调合等，多余的直调油经过调节阀流量计进入过剩罐。Ⅱ加氢裂化柴油和烷基苯返回油设组分罐，另Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ柴油加氢精制柴油设组分过剩罐；Ⅰ加氢裂化柴油、渣油加氢和蜡油加氢柴油由于量较少不设过剩罐，直接进调合系统。过剩罐中的组分油经过变频调合泵加压后，作为组分进入调合系统1或调合系统2参与调合。②添加剂。3种柴油添加剂采用组分油的方式在线调入调合总管第二个静态混合器前，以便充分混合，取消加剂循环。在添加剂系统中，采用高扬程小流量的计量泵和计量级的流量计。由于柴油不能固定十六烷值添加剂量和品种，为了能够正确检测成品柴油添加十六烷值量，采用两个静态混合器进行串联。在第一个调合系统后，用近红外测量空白样的十六烷值，然后加剂进入第二个串联的调合系统进行混合。添加剂的数量可以根据加剂曲线和空白样来计算得到。此外，采用两个静态混合器串联的方式还可以进一步提高产品的混合效果。因为柴油密度较大，混合效果较差。因此采用静态混合器串联的方式还可以彻底解决循环带来的时间和物料的损失。③调合组分设施及自控设施。3套柴油加氢精制柴油和两套调合系统总线上均设置近红外分析仪和硫含量分析仪探头，渣油加氢和蜡油加氢柴油、Ⅰ加氢裂化柴油以及过剩罐组分油设置近红外分析仪探头，信号引入分析小屋，分析小屋的测量信号传输至操作室DCS系统。两套调合系统每套有8个组分，每个组分上分别设流量计和调节阀组及温度压力远传显示，两套调合总线上分别设两套静态混合器、一台流量计、一台压控阀。组分油流量测量信号传输至操作室DCS系统。调合优化软件根据流量测量信号和组分油、成品油的各项质量指标数据计算组分油的参调流量，并据此控制组分油调节阀的开度。

(2)在线分析仪表方案在调合过程中，需要在线分析仪表对调合组分油和成品油的属性进行测量，测量数据可以用于监测和优化目的。在线仪表方案为采用近红外分析仪对直调组分油（3套柴油加氢精制柴油、渣油加氢和蜡油加氢柴油、I加氢裂化柴油）和成品柴油进行在线分析，共8个通道。该方法可以在线测量属性有：十六烷值、闪点、凝点、冷滤点、馏程，粘度。近红外仪表的测量精度受到3个因素的影响：实验室分析方法的精度，近红外光谱的精度，近红外模型的精度。在实际应用过程中，可以得知以下结论：①近红外仪表的精度不可能超过相应的实验室分析方法。②近红外仪表模型（软件）的精度决定了仪表的再现性。③近红外仪表模型的精度由建模采样的质量和数量，以及建模软件来决定。因此，近红外模型的精度，一般以相应的实验室分析方法来标明。近红外对十六烷值添加剂的敏感程度受到添加剂的种类和添加量的综合影响。通过对该公司Ⅱ、Ⅲ柴油加氢精制柴油进行近红外分析，近红外在现场有效波长范围内对十六烷值添加剂不敏感。各组分油和成品柴油的密度可以通过质量流量计测量得到，3套柴加精制柴油和成品柴油的总硫含量，可以通过在线总硫分析仪表测量得到。柴油调合的在线分析流路和关键属性见下表。

(3)控制优化协调系统方案为了保证调合系统的正常运行，需要控制和优化系统。基本设计可以分为两层。底层为控制软件，通过在DCS上组态完成，主要功能包括对各个组分油和添加剂的流量控制，调合批次的管理，调合批次的自动切换，以及故障信息的报警和处理等。在DCS的控制软件层之上，是调合优化协调软件，主要完成的功能为，根据生产情况（流速，总硫和近红外的分析数据），对调合配方进行优化（以直调油为基础，对储罐组分油进行优化微调）。主要优化的目标为调合成本和质量过剩最低（主要为十六烷值和密度）。在优化过程中需要满足的约束包括：组分油产量，国标要求等。在优化过程中，需要根据组分油的属性和配方对成品油的属性进行预测。由于柴油调合的属性（十六烷值，闪点等）多为非线性模型，因此不能简单的使用线性叠加模型，需要智能的非线性模型，用以对总管成品油属性进行精确的预测。此外，调合总管的近红外分析数值，用以对调合罐内的成品进行属性累积，并对罐内成品油的属性进行预测。此外，因为所有组分油均可以分别进入两个调合系统，因此优化协调软件需要协调这些组分油分别进入两个调合系统的流量，尤其是在直调组分油流量受到限制的情况下，会出现两个调合系统对关键组分的抢夺，此时需要软件根据用户指定的规则，对其进行协调。因为可能会给出互相矛盾的配方，因此已经不能简单的针对每个调合系统进行单独优化，而是应该把两个调合系统作为一个整体进行优化。在多调合系统的优化过程中，需要添加额外的约束，来描述组分油在两个调合系统之间的分配关系。在直调组分油不能完全被两个调合系统用掉的情况下，可以暂时进入过剩罐。由于直调组分油的数量较多，非常有可能会出现直调组分油过剩的情况。此时为了保证产品质量，过剩部分应该暂时进入过剩罐。优化协调软件计算给出的组分油进入每个调合系统的最优流量设定值，可以下载给DCS，通过控制软件，调节阀门控制流量，从而完成对配方的实施。

3.管道在线调合带来的效益

柴油管道在线调合系统通过对组分油和成品柴油的实时监测和优化，提高一次调合成功率，通过静态混合器的充分混合，减少或者彻底取消加剂循环，从而避免循环损失和提高储罐的利用率；降低了密度分层，使得产品质量更加均匀；大大降低了操作人员的劳动强度；通过对关键属性，如硫含量、密度和十六烷值的卡边控制和优化，降低了调合成本。

参考文献

[1]关海若,等.油品在线调和控制方案探讨[J].炼油技术与工程,2005,35(08):53-56.

[2]崔巍,贾舒晨,周雪山,等.柴油在线优化调和系统在广西石化的应用[J].计算机与应用化学,2013,30(11):1347-1350.

作者：杨旭钧 单位：南京金凌石化工程设计有限公司