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1    項(xiàng)目背景介紹

東明石化化工公司主要包括8個(gè)分廠，共20多套主要生產(chǎn)及配套裝置。其中勁海化工公司45萬噸/年輕烴（乙烯）裝置，是最為重要的核心裝置之一。其以混合石腦油、丙烷為原料，裂解爐采用超選擇性轉(zhuǎn)化（USC）技術(shù)，分離系統(tǒng)采用前脫丙烷前加氫流程，其中乙烯精餾塔和乙烯制冷壓縮機(jī)構(gòu)成開式熱泵，深冷分離系統(tǒng)采用先進(jìn)熱集成精餾系統(tǒng)HRS專利技術(shù)。裝置主要產(chǎn)品有聚合級乙烯和聚合級丙烯，副產(chǎn)品有氫氣、燃料氣、混合裂解碳四、裂解汽油、裂解燃料油。

對于客戶來說，在當(dāng)前嚴(yán)峻的市場競爭環(huán)境下，輕烴生產(chǎn)面臨原料多樣化、同類裝置大規(guī)模投產(chǎn)、市場頻繁震蕩等挑戰(zhàn)，如何在基礎(chǔ)回路整定與性能管理、先進(jìn)控制、報(bào)警管理等控制與工藝管理提升基礎(chǔ)之上，有效利用乙烯的原料，深化工藝過程優(yōu)化，提高同質(zhì)化競爭力顯得尤為重要。不能把原料優(yōu)化片面地理解為輕質(zhì)化或重質(zhì)化；不能簡單地歸結(jié)為優(yōu)質(zhì)化或劣質(zhì)化。要結(jié)合市場情況，從效益最大化出發(fā)，通過基于全流程嚴(yán)格機(jī)理模型與SQP非線性尋優(yōu)的在線優(yōu)化技術(shù)，常態(tài)化地開展根據(jù)原料結(jié)構(gòu)調(diào)整裝置生產(chǎn)，以便達(dá)到獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益、提高企業(yè)競爭力的目的。

在這樣的背景下，施耐德電氣為東明45萬噸/年輕烴裝置提供了覆蓋控制回路PID整定與性能管理、報(bào)警管理、輕烴裝置先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化的流程優(yōu)化解決方案。

2    項(xiàng)目目標(biāo)與原則

·   通過控制回路整定與性能管理實(shí)現(xiàn)對控制回路的維護(hù)與優(yōu)化，提高生產(chǎn)裝置運(yùn)行自控水平，安全性、穩(wěn)定性；

·   通過報(bào)警管理將DCS報(bào)警信息可視化，并通過報(bào)警劃分建立不同報(bào)警優(yōu)先級，減少無效報(bào)警;

·   采用先進(jìn)控制APC解決方案，克服系統(tǒng)內(nèi)變量強(qiáng)耦合、非線性、大滯后、負(fù)荷變化、原料性質(zhì)波動、燃料氣波動等因素的影響，實(shí)現(xiàn)對裝置各工藝參數(shù)的平穩(wěn)控制，進(jìn)一步提高裝置的綜合自動化水平；

·   采用實(shí)時(shí)優(yōu)化解決方案，實(shí)現(xiàn)全廠的效益提升，并提供離線機(jī)理模型和在線開環(huán)優(yōu)化；

3 項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用

·   項(xiàng)目規(guī)劃：

PID整定與性能管理：針對裝置PID控制回路性能進(jìn)行批量評估，給出自控率、控制平穩(wěn)率，對裝置所有回路的PID參數(shù)進(jìn)行整定優(yōu)化；

報(bào)警管理：建立一套報(bào)警管理系統(tǒng)及工具，實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)采集及報(bào)警數(shù)據(jù)庫建立、報(bào)警分級管理、報(bào)警監(jiān)控及展示、報(bào)警診斷分析等全生命周期管理，提升報(bào)警管理的信息化、智能化水平，降低無效報(bào)警；

先進(jìn)控制：建立裝置各生產(chǎn)單元多變量模型預(yù)測控制器，針對基于實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析的質(zhì)量指標(biāo)，建立軟儀表，并將軟儀表結(jié)果作為控制器的被控目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的協(xié)調(diào)、穩(wěn)定控制，并接受RTO提供的優(yōu)化目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制與穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)合；

·   實(shí)時(shí)在線優(yōu)化：建立裝置的嚴(yán)格機(jī)理模型，并進(jìn)行整定模型、優(yōu)化模型等開發(fā)，實(shí)現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)、裂解深度/COT等為主要優(yōu)化變量的非線性優(yōu)化求解，增加噸乙烯產(chǎn)品效益，實(shí)現(xiàn)裂解爐負(fù)荷合理分配及負(fù)荷最大化。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：

·   PID監(jiān)控整定與報(bào)警技術(shù)的主要難點(diǎn)在于裝置為新建裝置，控制回路多，PID參數(shù)都采用的是原始值或經(jīng)驗(yàn)值，很多回路建成后未投過自動，原始控制方案有較多需要優(yōu)化。

·   APC的項(xiàng)目執(zhí)行難點(diǎn)在于裝置流程長，生產(chǎn)單元多，裝置開工時(shí)間不長，現(xiàn)場操作與工藝生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)不夠，APC控制策略的選擇難度大；

·   RTO的項(xiàng)目執(zhí)行難點(diǎn)在于裂解爐進(jìn)料組合多，裂解爐進(jìn)料方式特殊，機(jī)理建模難度大

·   實(shí)時(shí)優(yōu)化的項(xiàng)目目的輕烴裝置在線優(yōu)化的目標(biāo)是在工藝和生產(chǎn)的約束卡邊條件下最大化效益。其難點(diǎn)在于在現(xiàn)有工藝條件約束下找到約束方程，以實(shí)現(xiàn)定期的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)如下：

4    效益分析

·   PID控制回路自控率 提高到90%以上;

·   裝置無效報(bào)警率降低90%以上；

·   減少操作人員勞動強(qiáng)度，操作頻次降低40%以上;

·   關(guān)鍵工藝參數(shù)的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差降低30%以上；

·   噸乙烯產(chǎn)品效益增加15元/t以上。

該項(xiàng)目打造了國內(nèi)大煉化流程行業(yè)全廠從控制回路、到先進(jìn)控制、到閉環(huán)實(shí)時(shí)優(yōu)化的最佳實(shí)踐。

先進(jìn)控制APC

實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO