汽油饱和蒸汽压的控制技术研究

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摘要：饱和蒸汽压是判断汽油蒸发性的重要指标，是汽油进出口贸易中必须检测的项目，本文基于模型预测控制理论，探讨汽油饱和蒸汽压的控制技术，意在为相关工作提供参考。

关键词：汽油 饱和蒸汽压 控制 技术

汽油是很多领域内不可缺少的能源，尽管新能源不断开发，但是目前以及将来一段时间内，汽油将继续作为机械设备的重要燃料，汽油的蒸发性决定着发动机能否正常启动、运转、加速，想要保证汽油具有良好的蒸发性，就要严格控制汽油的饱和蒸汽压。随着社会的发展进步，汽油饱和蒸汽压控制技术受到了人们的广泛关注，在新的能源形势下，提高汽油使用效率已经迫在眉睫，因此汽油饱和蒸汽压的控制技术必须要不断创新、不断改良。

一、相关知识点概述

（一）饱和蒸汽压

饱和蒸气压（Saturated Vapor Pressure）是指，在特定的温度条件下，同固体或者液体相平衡的蒸汽的压力。一般情况下，蒸汽压会随着温度而变化，温度越高蒸汽压越大，温度越低则蒸汽压越小，因此即使是同一种物质，在不同的温度条件下也具有不同的蒸汽压。

各种液体都具有各自的饱和蒸汽压，通常情况下，溶液的饱和蒸汽压低于溶剂的饱和蒸汽压，而液态时的饱和蒸汽压高于固态时的饱和蒸汽压。

（二）模型预测控制

模型预测控制技术（Model Predictive Control Technology）是一种以模型为基础的闭环优化控制技术。其计算流程主要有：预测未来的动态模型、通过反复的计算来滚动优化控制措施、误差反馈校正，由此可见预测模型、滚动优化、反馈校正是模型预测控制技术的三大要素。

模型预测控制技术具有鲁棒性强、控制效果显著等特点，能够避免控制过程中的非线性、不确定性以及并联性。

二、汽油饱和蒸汽压的控制技术

（一）系统设计

稳定塔控制产品质量的方式主要有塔顶控制和塔底控制，塔顶主要控制液态烃中的C5含量，塔底则主要控制汽油饱和蒸汽压，塔顶控制与塔底控制具有相互影响的作用。由于稳定塔重沸器的热源来自主分馏塔二中循环，因此主分馏塔二中循环也是稳定塔的重要影响因素。稳定塔是控制汽油饱和蒸汽压的关键环节，其控制效果直接影响到产品质量以及企业效益，因此必须要运用模型预测控制技术对稳定塔进行闭环优化控制，从而提高稳定塔的控制效果。

稳定塔的模型预测控制系统是一种多变量协调控制系统，其最终的控制目标就是要确保汽油饱和蒸汽压符合标准，在设计该系统时需要应用CAC-301汽油饱和蒸汽压控制表，被控变量（CV）为在线计算的汽油饱和蒸汽压，该控制表主要可以用于蒸汽压指标的闭环优化控制。另外，稳定塔的模型预测控制系统中还需要应用CTC-303重沸器控制表，被控变量（CV）为二层温度或者汽相反塔温度，该控制表可以用于温度变量的优化预测控制。。

（二）技术路线

稳定塔的模型预测控制系统的技术路线主要可以分为以下6个部分：①.实时监测各项变量，在线计算汽油饱和蒸汽压。②.分析装置的使用状况，充分利用装置中的各个测点。③.将稳定塔塔底控制的控制变量（CV）确定为在线计算的汽油饱和蒸汽压，将操作变量（MV）确定为重沸器控制表的给定值。④.反馈各项变量的协调状态，滚动优化控制策略，确保变量不超限，使汽油饱和蒸汽压符合标准。⑤.预测稳定塔塔顶与塔底之间的影响作用，并预测主分馏塔二中循环对稳定塔的影响作用，根据反馈结果制定优化措施，消除影响。⑥.当稳定塔塔顶的汽油饱和蒸汽压控制表无法正常作业时，利用塔底重沸器控制表对二层塔板温度或者汽相反塔温度进行多变量协调控制，确保稳定塔正常运作。

（三）系统结构

稳定塔的模型预测控制系统结构主要可以分为三个部分，大致如表1所示。

其中，S是给定点控制变量；Z是区域控制变量，具有上限和下限；操作变量（MV）既是一种速率限，同时也是允许使用的命令，具有上限和下限；前馈变量（FFV） 是允许使用的命令，具有前馈细数；约束变量（ConV） 是一种速率限，具有上限和下限。

（四）汽油饱和蒸汽压的多变量协调控制

汽油饱和蒸汽压的多变量协调控制需要充分利用测量，实时进行操作控制，其简化数学模型如下：

其中，X1为重沸器汽相返塔温度；X2为二层塔板温度；X3为塔底温度；X4为进料板下温度；u为二通阀阀位；V1为计算的换热量，V2为进料板温度。

将被控变量选为汽油饱和蒸汽压时，操作变量应为汽油饱和蒸汽压控制表、PID控制器给定值，此时属于全部功能投用，给定点控制应为蒸汽压，约束变量应为塔顶压力、二层温度、三通阀阀位、塔底液位等，并且约束变量实施区域控制，以保证控制系统安全运作。

将被控变量选为塔底汽相反塔温度或者二层塔板温度时，重沸器控制表、PID控制器给定值应为操作变量，此时属于部分功能投用，给定点控制应为塔底汽相反塔温度或者二层温度，约束变量应为三通阀阀位、塔顶压力、塔底液位等，并且要确保约束变量不超出上限和下限。

三、实践分析

实践证实，稳定塔的模型预测控制系统中的各装置的运行状态良好，与传统的控制技术相比，稳定塔的模型预测控制系统实现了产品质量的直接闭环预测控制，对汽相反塔温度的控制效果十分平稳，蒸汽压有效的控制在±2 kPa之内，三通阀阀位的变化幅度在60%之内，由此可见，汽油饱和蒸汽压的控制效果十分显著。

总结：

汽油饱和蒸汽压决定着汽油的使用性能，如何改良汽油饱和蒸汽压的控制技术，是有关领域必须解决的课题，笔者介绍了稳定塔的模型预测控制系统的设计策略、技术路线、结构形式、多变量协调控制以及实践结果，最终证明稳定塔的模型预测控制系统中的各装置的运行状态良好，实现了产品质量的直接闭环预测控制，对汽相反塔温度、蒸汽压、三通阀阀位等指标均具有显著的控制效果。在未来的发展中，科学技术将会更加发达，汽油饱和蒸汽压的控制措施也会更加先进，为了满足日益紧张的能源形式，各界人士还要继续探索，提高汽油等资源的使用效率，为社会的发展提供保障。

参考文献：

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[2] 林敬东，闫石，韩国彬，廖代伟.液体饱和蒸汽压测定实验的改进[J].实验室研究与探索，2012（03）：19-20.