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1、項(xiàng)目背景

萬華化學(xué)是中國化工行業(yè)市值最高的頭部企業(yè)，在綠色化、數(shù)字化、智能化方面也走在全國前列。本項(xiàng)目通過規(guī)劃實(shí)施氯堿工廠PID整定、APC先進(jìn)控制、高級(jí)報(bào)警管理、關(guān)鍵設(shè)備在線診斷以及機(jī)器人智能巡檢等系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)萬華化學(xué)氯堿工廠以“零手動(dòng)操作、無人化巡檢、全工況自主優(yōu)化運(yùn)行”為特征的全面數(shù)智化升級(jí)。

2、項(xiàng)目目標(biāo)與原則

(1)  對氯堿裝置所有 PID 控制回路進(jìn)行性能評(píng)估與參數(shù)自動(dòng)整定，實(shí)現(xiàn)PID基礎(chǔ)回路自控率達(dá)到100%的目標(biāo)。

(2)  對氯堿裝置應(yīng)用智能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作頻次低于 2 次/h/人，逐步實(shí)現(xiàn)“零手動(dòng)操作”目標(biāo)。

(3)  對氯堿裝置應(yīng)用先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)，減少無效報(bào)警對操作員的干擾，實(shí)現(xiàn)報(bào)警次數(shù)不高于 1 次/h/人的目標(biāo)。

(4)  對氯堿裝置關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用在線狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，對應(yīng)急段所帶電機(jī)、風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行的振動(dòng)、位移、溫度、電流等參數(shù)在線監(jiān)測，對設(shè)備存在的運(yùn)行問題和可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)并落實(shí)故障檢修方案。避免設(shè)備惡性損壞事故的發(fā)生，降低機(jī)組停機(jī)次數(shù)、縮短停機(jī)時(shí)間、減少安全生產(chǎn)隱患、保障應(yīng)急響應(yīng)快速高效。

(5)  對氯堿裝置應(yīng)用機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，對生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施、管道等進(jìn)行定時(shí)無人化巡檢，規(guī)避巡檢人員長時(shí)間處于溫度高、噪音大、潛在受傷害等的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中，同時(shí)提高設(shè)備的可靠性和延長使用壽命。

3、項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況

3.1項(xiàng)目情況介紹

萬華化學(xué)氯堿數(shù)智工廠項(xiàng)目自2023年11月開工，歷時(shí)一年，完成全部子系統(tǒng)的上線和整體驗(yàn)收，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（1）PID整定系統(tǒng)：對低穩(wěn)定性回路進(jìn)行整定后，目前整個(gè)裝置自控率為98.3%，剩余1.7%的回路納入APC控制，納入先進(jìn)控制APC后整定率達(dá)到100%。

（2）APC先進(jìn)控制系統(tǒng)：完成氯堿裝置全流程，包括電解槽及淡鹽水、氣化單元負(fù)荷、次納生產(chǎn)、樹脂塔單元、氯氣干燥硫酸、鹽水部分（配水、澄清桶、戈?duì)枴⒕}水、鹽水回用及膜法脫硝）、蒸發(fā)部分（蒸發(fā)及罐區(qū)）、氯氫酸工段（羅茨風(fēng)機(jī)、一/二/三透平機(jī)）等先進(jìn)控制系統(tǒng)的整體上線，實(shí)現(xiàn)全流程、全工況的自主優(yōu)化運(yùn)行，包括鹽水工段配水到精鹽水的自動(dòng)化、蒸發(fā)系統(tǒng)一鍵升降負(fù)荷；電解工段電解槽加酸系數(shù)的自動(dòng)調(diào)整、脫氯塔加酸加堿的自動(dòng)調(diào)整、陰極出口堿液濃度的平穩(wěn)控制；氯氫工段透平機(jī)的自動(dòng)調(diào)整、液下泵的自動(dòng)調(diào)整、次納的一鍵配置等。

（3）高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)：覆蓋電解、氯氫酸、鹽水蒸發(fā)、水氣供裝4個(gè)工段，總計(jì)42套裝置，17937個(gè)位號(hào)，89個(gè)用戶，條件報(bào)警屏蔽59組。

（4）關(guān)鍵設(shè)備在線狀態(tài)診斷系統(tǒng)：共計(jì)安裝傳感器252個(gè)、網(wǎng)關(guān)箱20個(gè)、監(jiān)測14個(gè)區(qū)域91臺(tái)設(shè)備，設(shè)備在線率100%，系統(tǒng)每日凌晨4點(diǎn)自動(dòng)輸出診斷報(bào)告。

（5）智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)：一期離子膜電解智能巡檢機(jī)器人引用一圖多模、視頻算法巡檢等新技術(shù)，單槽巡檢時(shí)間從8分鐘縮短到2分鐘，巡檢效率提升4倍，巡檢時(shí)間共耗時(shí)38分鐘；一期液氯儲(chǔ)槽一樓二樓智能掛軌式巡檢機(jī)器人巡檢時(shí)間分別為45分鐘何40分鐘。完全滿足1小時(shí)巡檢一次的目標(biāo)。

3.2項(xiàng)目建設(shè)創(chuàng)新

（1）零手動(dòng)操作與全工況自主優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)創(chuàng)新：本項(xiàng)目引入復(fù)雜化工工程全工況自主優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)（該技術(shù)經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該技術(shù)成果整體技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平），首次針對氯堿裝置的全流程，實(shí)現(xiàn)PID性能評(píng)估與自整定、智能動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制、一鍵自動(dòng)啟停、自動(dòng)升降負(fù)荷、工況智能識(shí)別、先進(jìn)報(bào)警管理、生產(chǎn)異常智能語音預(yù)警、設(shè)備異常在線診斷等智能化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了萬華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電公司氯堿裝置的全流程、全工況零手動(dòng)操作和自主優(yōu)化運(yùn)行。

（2）機(jī)器人智能快速巡檢技術(shù)創(chuàng)新：本項(xiàng)目突破了一圖多模、視頻快速巡檢、機(jī)器人與攝像頭聯(lián)合巡檢等新技術(shù)，其中，使用一圖多模技術(shù)，兩臺(tái)表計(jì)的巡檢僅需10秒，巡檢效率提升3～4倍；使用視頻算法快速巡檢技術(shù)，單槽視頻實(shí)時(shí)巡檢從8分鐘降到2分鐘，巡檢效率提升4倍；使用機(jī)器人與攝像頭聯(lián)合巡檢技術(shù)，解決了機(jī)器人無法通行區(qū)域的巡檢任務(wù)。

3.2 項(xiàng)目建設(shè)成效

（1）PID整定系統(tǒng)：整個(gè)裝置自控率為98.3%，剩余1.7%的回路納入APC控制，納入先進(jìn)控制APC后整定率達(dá)到100%。

（2）APC先進(jìn)控制系統(tǒng)：

實(shí)現(xiàn)氯堿裝置，包括電解槽及淡鹽水、氣化單元負(fù)荷、次納生產(chǎn)、樹脂塔單元、氯氣干燥硫酸、鹽水部分（配水、澄清桶、戈?duì)枴⒕}水、鹽水回用及膜法脫硝）、蒸發(fā)部分（蒸發(fā)及罐區(qū)）、氯氫酸工段（羅茨風(fēng)機(jī)、一/二/三透平機(jī)）等的全流程、全工況的自主優(yōu)化運(yùn)行

①實(shí)現(xiàn)鹽水工段從配水、澄清桶、戈?duì)枴⒕}水的自動(dòng)化；膜法脫硝系統(tǒng)的一鍵配酸；蒸發(fā)系統(tǒng)一鍵升降負(fù)荷及三效液位的自動(dòng)控制；罐區(qū)的一鍵配堿及罐區(qū)至灌裝工序的自主控制等；

②實(shí)現(xiàn)電解工段當(dāng)升降電流負(fù)荷時(shí)，電解槽加酸系數(shù)的自動(dòng)調(diào)整、氯氫壓差的自動(dòng)調(diào)整、脫氯塔加酸加堿的自動(dòng)調(diào)整、透平機(jī)的自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到涉及整個(gè)工段全過程的自主優(yōu)化運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)電解槽溫的控制、樹脂塔反沖洗的控制及陰極液堿濃度的控制；

③實(shí)現(xiàn)氯氫工段當(dāng)升降電流負(fù)荷時(shí)透平機(jī)的自動(dòng)調(diào)整、液下泵的自動(dòng)調(diào)整、羅茨風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制、硫酸干燥的自動(dòng)控制、次納的一鍵配置等。

通過統(tǒng)計(jì)平均數(shù)據(jù)，APC投入前操作頻次約2700次/天，實(shí)施后降低到操作頻次約0.8次/h/人，無限接近零手動(dòng)操作效果。

（3）高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)：系統(tǒng)覆蓋電解、氯氫酸、鹽水蒸發(fā)、水氣供裝4個(gè)工段，總計(jì)42套裝置，17937個(gè)位號(hào)，89個(gè)用戶，條件報(bào)警屏蔽59組，高級(jí)報(bào)警系統(tǒng)中報(bào)警數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)輸出周報(bào)、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)數(shù)據(jù)對比，周報(bào)警量較初期項(xiàng)目試運(yùn)行前下降90.03%，其中EMERGENCY緊急事件報(bào)警下降99.26%，超過兩小時(shí)未處理的報(bào)警下降42.5%，頻繁報(bào)警TOP5報(bào)警次數(shù)下降78.3%。

（4）關(guān)鍵設(shè)備在線狀態(tài)診斷系統(tǒng)：共計(jì)安裝傳感器252個(gè)、網(wǎng)關(guān)箱20個(gè)、監(jiān)測14個(gè)區(qū)域91臺(tái)設(shè)備，設(shè)備在線率100%，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)報(bào)警。通過使用該系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免故障發(fā)展為事故，并準(zhǔn)確診斷分析設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)維修計(jì)劃有的放矢，減少了檢修時(shí)間。系統(tǒng)投用6個(gè)月，設(shè)備事故發(fā)生率為0。

（5）智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)液氯儲(chǔ)槽、一期離子膜電解間機(jī)器人智能化巡檢1小時(shí)1次，對泄漏、表計(jì)、紅外、氣體等巡檢項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)無人化巡檢，并實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場巡檢內(nèi)容的實(shí)時(shí)報(bào)警，顯著降低了巡檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 

4、效益分析

萬華化學(xué)（煙臺(tái)）氯堿熱電公司氯堿裝置系統(tǒng)性、創(chuàng)造性地應(yīng)用PID整定、APC先進(jìn)控制、高級(jí)報(bào)警管理、關(guān)鍵設(shè)備在線診斷和機(jī)器人巡檢等新技術(shù)，顯著提高了自動(dòng)化率和裝置操作平穩(wěn)性，顯著降低了報(bào)警次數(shù)和操作頻次，顯著降低設(shè)備故障率，顯著降低了內(nèi)操和外操人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了全工況下的自主優(yōu)化運(yùn)行和無人化巡檢，經(jīng)上線前后數(shù)據(jù)比對，氯堿裝置電和蒸汽等能耗降低2.6%，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)數(shù)百萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

萬華化學(xué)以“全工況自主優(yōu)化運(yùn)行”為特征的氯堿數(shù)智工廠項(xiàng)目在氯堿裝置上首次應(yīng)用具有國際先進(jìn)水平的復(fù)雜化工過程全工況自主優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，創(chuàng)造性、系統(tǒng)性地集成應(yīng)用PID整定、APC先進(jìn)控制、高級(jí)報(bào)警管理、關(guān)鍵設(shè)備在線診斷和機(jī)器人巡檢等新技術(shù)和新產(chǎn)品，顯著提高了氯堿裝置的自動(dòng)化率和裝置操作平穩(wěn)性，顯著降低了報(bào)警次數(shù)和操作頻次，顯著降低了設(shè)備故障率，顯著降低了內(nèi)操和外操人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了全工況下的自主優(yōu)化運(yùn)行和無人化巡檢，逼近零手動(dòng)操作，經(jīng)上線前后數(shù)據(jù)比對，氯堿裝置電和蒸汽等能耗降低2.6%，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)數(shù)百萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。萬華化學(xué)是中國化工行業(yè)市值最高的頭部企業(yè)，萬華氯堿數(shù)智化工廠的成功實(shí)踐得到了萬華化學(xué)集團(tuán)的高度認(rèn)可，正在向集團(tuán)其他生產(chǎn)基地輻射。