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1    項目背景介紹

東明石化化工公司主要包括8個分廠，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構(gòu)成開式熱泵，深冷分離系統(tǒng)采用先進熱集成精餾系統(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、先進控制、報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)，通過基于全流程嚴格機理模型與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)，以便達到獲取更大的經(jīng)濟效益、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、報警管理、輕烴裝置先進控制和實時優(yōu)化的流程優(yōu)化解決方案。

2    項目目標與原則

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

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

·   采用先進控制APC解決方案，克服系統(tǒng)內(nèi)變量強耦合、非線性、大滯后、負荷變化、原料性質(zhì)波動、燃料氣波動等因素的影響，實現(xiàn)對裝置各工藝參數(shù)的平穩(wěn)控制，進一步提高裝置的綜合自動化水平；

·   采用實時優(yōu)化解決方案，實現(xiàn)全廠的效益提升，并提供離線機理模型和在線開環(huán)優(yōu)化；

3 項目實施與應(yīng)用

·   項目規(guī)劃：

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

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

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

·   實時在線優(yōu)化：建立裝置的嚴格機理模型，并進行整定模型、優(yōu)化模型等開發(fā)，實現(xiàn)以經(jīng)濟效益最大化為目標、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，實現(xiàn)裂解爐負荷合理分配及負荷最大化。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：

·   PID監(jiān)控整定與報警技術(shù)的主要難點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的項目執(zhí)行難點在于裝置流程長，生產(chǎn)單元多，裝置開工時間不長，現(xiàn)場操作與工藝生產(chǎn)積累經(jīng)驗不夠，APC控制策略的選擇難度大；

·   RTO的項目執(zhí)行難點在于裂解爐進料組合多，裂解爐進料方式特殊，機理建模難度大

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

4    效益分析

·   PID控制回路自控率 提高到90%以上;

·   裝置無效報警率降低90%以上；

·   減少操作人員勞動強度，操作頻次降低40%以上;

·   關(guān)鍵工藝參數(shù)的平均標準偏差降低30%以上；

·   噸乙烯產(chǎn)品效益增加15元/t以上。

該項目打造了國內(nèi)大煉化流程行業(yè)全廠從控制回路、到先進控制、到閉環(huán)實時優(yōu)化的最佳實踐。

先進控制APC

實時優(yōu)化RTO