一类反转异常工况的选择性控制策略与分析

赵晓鹰 罗雄麟

(中国石油大学自动化研究所，北京 102249)

反转异常工况表示某些石油化工设备在运行过程中，随着操纵变量的增大，被控变量呈现出与正常工况相反的变化趋势，稳态增益符号变化，从正作用变为反作用。此时需要进行相应的处置操作[1]，否则设备在异常工况运行时会造成很严重的安全威胁和经济损失[2～4]。

精馏塔是石油化工过程中可能出现反转异常现象的设备之一。精馏塔在正常工况运行时，操纵变量为塔顶回流量，被控变量为塔顶温度，塔顶温度随着回流量的增大而下降[5]。但是当回流量增大到一定程度再继续增大时，由于液相负荷大到一定程度后会出现漏液和塔板效率下降的现象，导致塔顶温度出现反转异常，呈现相反的变化趋势，塔顶温度不降反升，不能达到要求的温度设定值，产品质量不合格。鉴于此，刘保柱提出了一种寻找精馏塔最佳回流量降低能耗的方法[6],Sealey C J提出了一种精馏塔最优回流比设计方法[7]，但是这些文献并没提到一旦设备进入反转状态该如何进行控制。

另外一种经常在石油化工中用到并且会出现反转异常现象的设备为换热器。吴刚建立了换热器正常和异常工况下的动态机理模型[8]，操纵变量为壳程流体入口流量(热流进)，被控变量为管程流体出口温度(冷流出)，正常工况时，被控变量随着操纵变量的增大而增大[9]，当操纵变量大到一定程度时，会引起壳程流体向管程流体漏流，并且壳程流体入口流量越大漏流量越大，导致操纵变量再继续增大，被控变量不再继续增大而是反转变小。……