兰州石化公司先进控制技术案例分析

1、 目目 录录 1. 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2. 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3. 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4. 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 5. 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6. 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 1.500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化

2、调合系统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 500万吨/年常减压先进控制器，分别设计了常压塔和减压塔两个 控制器。创新地应用了软测量技术(GCC) 、过汽化油优化、换热终温 优化和加热炉支路平衡控制等策略。 先进控制系统自2007年5月验收以来，一直保持验收时的投用水 平，投用率达到95%。除了因DCS的问题被切下来以外，两个控制器 一直处于投用状态。 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制软测量技术（软测量技术（GCC） 在先进控制项目实施中，产品质量的计

3、算是一个难点。本项目在 计算常压塔各侧线质量指标时采用最新的通用原油通用切割点计算方 法（Generalized Cutpoint Calculation），它以蒸馏塔塔内的热平衡 为主要原理，这打破了传统的物料平衡与热平衡结合的方式，当原油 性质发生变化时以及装置进行提降量操作时，不需要对GCC计算结果 进行校正，可以真正满足控制器实时优化控制的要求。 GCC模型可以连续推算原油的非线性实沸点曲线，当原油性质发 生变化，塔内的热平衡很快地响应该变化，GCC模型根据此时塔内的 压力、温度等测量数据，可以很快地推算出新的原油的非线性实沸点 曲线，进而计算各个产品质量。因此，在原油切换过程中，不需

4、要对 GCC模型进行特殊的修正，以GCC的计算结果作为控制器的受控变量 ，可以真正做到，原油的无扰动切换。 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 p 过汽化油优化控制策略 虽然目前500万常减压装置的常压塔过汽化油流量测量比较准确 ，但是增加了这个量的计算，一方面，防止以后该测量值失真时，可 以作为替代，另一方面，以该变量作为受控变量，可以有效防止干板 现象的发生，尤其是在原油切换和产品方案切换过程中，通过对该变 量的控制，实现生产的平稳过渡。 p 换热终温优化控制策略 在减压先进控制器中首次增加了换热终温的优化控制，以尽可能 地利用减压塔各个侧线的高温热源，减少加热炉的能

5、源消耗。 p 加热炉支路平衡控制策略 针对加热炉的平稳操作及节能降耗方面，我们设计出一种全新的 控制策略，在保证加热炉总进料量不变的条件下，以各炉管温度均衡 为原则，根据人工输入的处理量目标值自动重新分配支路流量，使支 路出口温差最小，从而达到防治偏流，延长加热炉炉管使用周期以及 提高加热炉平稳操作的目的。 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制效果分析效果分析 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 初顶干点常顶干点常一闪点常一98%常二95%常三95%减二线粘度 减三线粘度 减四线粘度 没投先控标准偏差 投用了先控的标准偏差 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单

6、元先进控制效果分析效果分析 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制效果分析效果分析 常减压的产品质量软测量采用了GCC技术，为了对比GCC计算结 果的准确性，下面以2007年上半年的化验室分析数据为基准，进行比 较。数据的采样间隔为8小时，样本大小为543个。 p 软测量准确性统计分析初顶干点 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制效果分析效果分析 p 软测量准确性统计分析常一线闪点 p 软测量准确性统计分析初顶干点 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制效果分析效果分析 p 软测量准确性统计分析常二线95%点 p 软测量准确性统计分析常一

7、线98%点 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制直接经济效益直接经济效益 2007年11月，由兰州石化公司组织对500万吨/年常减压蒸 馏装置进行了标定测试，得到以下结论： 在投用先进控制器后，去除原油性质变化因素，总收率提 高了1.05个百分点，铂料收率上升了0.23个百分点、航煤收率 上升了0.91个百分点。依据2007年兰州石化公司内部核算价对 收率提高进行效益估算，得出年经济效益可以提高（5085- 4928）*500*1.05824.3万元。 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 p 长期控制效果保持验收水平 主要体现在以下四个方面： 一 、提

8、高了装置的运行平稳性和控制平稳性； 产品质量平稳； 装置关键操作参数平稳。 二、提高了装置的抗干扰性 原油切换过程中装置的抗干扰性； 提降量过程中装置的抗干扰性。 三、实现了卡边操作，提高了目的产品收率 四、软测量结果达到了指导操作和在线控制的要求，可实现产品的平 稳控制和卡边操作 500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 p 控制器长期投用关键 一、经常与技术员、操作工沟通，遇到问题及时解决。 二、主动跟踪装置生产状况，及时调节控制器参数。 三、车间鼓励操作工投用先控，了解先控相关知识。 1.500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油

9、催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化调合系统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 p 攻关目标 反再系统反再系统：通过装置测试建立控制器的模型，通过控制再生器烧 焦达到提高渣油掺炼比的目的。 分馏系统分馏系统：通过物料、能量衡算，预测汽油、柴油的馏程；通过 装置测试建立控制器的模型，根据产品方案优化控制目的产品的 质量，以达到目的产品（柴油）收率最大。 吸收

10、稳定系统吸收稳定系统：预测干气、液态烃的组成；通过装置测试建立控 制器的模型，通过控制干气组成达到最大回收轻烃的目的。 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 p 应用效果 提高操作平稳性； 效益点 提高柴油95%点均值； 提高掺渣比； 提高干气纯度； 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高操作平稳性提高操作平稳性 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高操作平稳性提高操作平稳性 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高操作平稳性提高操作平稳性 300万吨万吨/年重油

11、催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高柴油的提高柴油的95%点点 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高进料掺渣比提高进料掺渣比 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制提高干气纯度提高干气纯度 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制直接经济效益直接经济效益 2007年11月，由兰州石化公司组织300万吨/年重油催化裂化联合 装置进行了标定测试，得到以下结论： p 最大回收丙烯 投用先进控制器后，装置干气纯度较投用前上升0.3，干气中丙烯含量减 少了0.1（V/V），每小时可回收丙烯0.03

12、5吨，一年可回收丙烯277.2吨，增 加效益218.3万元。 p 提高柴油收率 投用先进控制器后，重柴油95点平均温度较投用前提高了0.51.1， 重柴油增产0.52个百分点。按重柴油每小时20吨的抽出量、每年8000小时计算 ，投用先进控制器后，300万吨/年重油催化裂化装置一年可增产柴油832吨， 按照柴油每吨单价4452元计算，增产的柴油可带来370.4万元的经济效益。 p 提高渣油掺炼量 投用先进控制器后，装置渣油掺炼比提高了1.32，即增加5.19t/h渣油处 理量。但是考虑到各种因素对掺渣比控制连续投用的影响，我们认为先进控制 对渣油掺炼比的提高能力仅为0.25%。这样，300万吨

13、/年重油催化裂化装置一 年可多加工渣油7860吨，按照蜡油和渣油之间差价1425元计算，提高的掺炼 比可带来1120.1万元的经济效益。 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制直接经济效益直接经济效益 p 提高装置渣油掺炼比、提高柴油收率和提高干气纯度三项合 计共增加经济效益：1120.1370.4218.31708.8万元。 p 考虑到先进控制器的实际投用率无法达到100%，在工艺、 设备允许的条件下，按85%的投用率计算，每年增加的经济效 益为：1708.885%1452.5万元。 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制实施经验实

14、施经验 p 先进控制技术不应只局限于多变量预测技术本身的先进性，而更应 看重是否有完整可行的解决方案，好的效果有时并不是多变量预测控 制器带来的； p 先进控制应以解决装置现有的瓶颈问题作为突破口，不盲目追求技 术的先进性和过大的规模。实践证明，在目前阶段，搭建一个开放的 数据平台，并在其上有重点地实施控制技术，适当考虑技术的前瞻性 ，如节能降耗方面，是比较适合当前条件的可行方案。 p 设备和仪表的好坏决定了项目的周期，为了如期完工，应提前安排 部署，在项目进行期间，针对设备仪表出现问题的不可预见性，也要 抓紧时间。 p 在线分析仪表一般在投产后就由厂家交给仪表班维护，维护人员往 往缺乏相应的

15、培训和责任心，造成在线仪表总是使用不长（取样设备 损坏、信号传输出问题，或是分析结果的准确性达不到要求）。固定 投资很高，但是回报率相当低。借鉴外商的经验，我们是否也应采用 在一次性购买仪表的同时，一并购买为期两三年的后期维护服务的策 略，由更专业的人员负责维护，提高投资的回报率。 300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制实施经验实施经验 p 项目执行要有连续性，尤其是现场环节，需要保证足够长的试投用 时间，通过不断和操作人员沟通，发现和解决问题，从而最大程度上 满足现场的需求，获得操作人员的理解，是保证控制器长期投用的决 窍之一。 p 控制器的后期维护也需要规定专

16、人专职，除控制工程师外，最好还 能有工艺工程师的参与，维护人员需要保证定期巡检，了解操作人员 的意见和新的需求，同时还要运用适当的软件对控制器性能进行统计 分析，以确定控制器是否需要大幅度的调整。 p 在维护方面，如果能建立网络平台，整合专家、操作员和各级领导 的力量，搭起开发、操作和维护人员之间的桥梁，加快信息的沟通速 度，任何问题都可以得到及时的解决。 1.500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化调合系

17、统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 先进控制的总体目标： p 提高装置运行的平稳率 p 提高产品质量（柴油95%点、汽油干点） p 提高轻油收率 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制效果分析效果分析 2008年12月进行了2*72小时的装置对比标定测试。 经过三天空白标定和三天控制器投用标定，先进控制器通过实现过程 的自动化控制，平抑焦炭塔周期性切换操作对主分馏塔的严重干扰，减弱 分馏塔在焦炭塔预热、切换、冷焦、污油回炼等事件发生时操作的波动幅

18、度，使得轻油收率较投用前增加了0.15，总液收提高了0.24%。 进一步计算得到： 投用先进控制器的三天，增加经济效益302.34-292.43=9.91万元。 考虑到装置检修及仪表故障等情况会影响到控制器的投用率，应用先 进控制技术一年可创造经济效益约924.9万元。 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制实施经验实施经验 p 延迟焦化装置常年处理的主要是渣油原料，难以建立比较精确的模 型（针对常规的APC项目实施方案）； 原料性质、装置加工量的调整以及各种不确定性扰动，造成系统模型特 性的改变，模型无法在线校正，固定的模型限制了它整体性能的提高。 干扰：采用前馈的方法

19、解决，无法建立精确的干扰模型，系统的性能有 时会严重恶化。 预热时，采用计数变量来表征前馈信息，不能建立精确的量的关系。 系统响应的速度慢，CV经常超限。 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制实施经验实施经验 p 延迟焦化部分控制点采用了基于串级回路控制器设计方案串级 回路不打开，以主回路的变量（塔盘温度）作为操纵变量MVs；副回 路的变量（回流量）作为约束变量CVs； 在DCS层面用串级PID控制器快速调节因预热、甩油切塔及大小 吹汽等干扰引起的装置波动； 在装置平稳时，利用模型在线优化，对控制点流量的卡边控制。 将焦化油气进分馏塔温度TI7188作为前馈变量，从一定

20、程度上建 立了预热及大小吹气等过程的干扰模型。 不需要精确的模型，系统的鲁棒性强。 120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制实施经验实施经验 p 先进控制系统未实施加热炉部分原因 装置的处理量主要由厂里调度来指定，不允许实时调节； 先进控制系统提供了焦高预测功能，可以辅助判断焦高，并在焦 高合适的情况下供车间参考以便提高处理量。但是在兰州石化分公司 的延迟焦化装置，处理量的主要约束是在加热炉部分（即焦炭塔足够 大，但加热炉的处理能力有限，已满负荷运行），这样就使得先进控 制系统的这部分功能也大大折扣，现焦高预测程序也仅仅是保留了辅 助焦高判断的功能。 1.500万吨万吨/年

21、常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化调合系统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 成品油优化调合系统成品油优化调合系统立项背景立项背景 随着兰州石化千万吨炼厂的建设与发展，原有的罐式调合 方式已经不能满足生产的需要。 汽油在线管道调合作为一种新的先进的调合方式，是调合 技术发展的主流方向。在兰州石化公司调合车间开发汽油优化 调合系统，在满足产品辛烷值、烯烃含量、

22、芳烃含量、苯含量 等质量指标的基础上，以效益最大为目的，实现汽油在线优化 管道调合。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统项目实施内容项目实施内容 成品油优化调合系统成品油优化调合系统项目实施内容项目实施内容 成品油优化调合系统成品油优化调合系统项目实施内容项目实施内容 p开发调合规则开发调合规则 确定调合规则模型和实验方案；对90、93、97三个牌号汽 油的实验分析；建立调合公式模型和模型参数估值工具的编程开发工作 ；使用实验室分析数据进行离线模型验证；调合规则与汽油在线调合软 件的集成；投用在线调合优化控制；在线验证。 p 汽油在线调合系统离线组态汽油在线调合系统离线组态 测试汽油在线调合

23、软件的组态和软件功能，包括：BRC和BPC。 p 近红外在线分析仪近红外在线分析仪 设备安装调试；安装已建立好的离线模型；完成各通道的光通量调 整和参比工作。 p 汽油在线调合软件的现场实施汽油在线调合软件的现场实施 完成DCS及调合管线的硬件基础改造之后，相继完成了Honeywell TPS系统的调试，完成了汽油在线调合软件（CMC/BRC/BPC）的安装 。对操作工的进行培训。对汽油在线调合系统进行现场测试。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统技术难点技术难点 p 建立及维护调合规则建立及维护调合规则 开发适合兰州石化分公司汽油组分性质与成品油性质的调合规则（RON 、MON）是兰州石化

24、分公司汽油在线调合的一项重要的技术工作。因为调合规 则是根据参与调合组份油的辛烷值来预测成品油的辛烷值，因而，为了保证预 测结果的准确性，当组份油辛烷值长期发生较大的变化时，需要对调合规则进 行校正。修正时采样、实验室分析、数据分析的工作量大。 p 近红外在线分析仪的实施及维护近红外在线分析仪的实施及维护 近红外在线分析仪的实施及维护包括两大方面：(1) 设备运行稳定；(2) 模 型准确。在线分析仪的地位非常重要，是汽油在线调合的“眼睛”，其稳定性 和准确性决定了在线调合结果的好坏，因而在线分析仪的实施及维护是难点之 一。 p 使优化器满足不同的调合需求使优化器满足不同的调合需求 汽油调合组份

25、的性质受上游装置的影响非常大，有时需要根据组份油性质 调整优化目标。比如，在以成品油辛烷值为主要控制目标时，需要把辛烷值作 为主要优化目标；当以烯烃含量为主要控制目标时，则需要把烯烃含量作为主 要优化目标。为了保证汽油在线调合长期具有良好的效果，必须加强优化器的 维护。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统应用效果应用效果 p 实现组份油调合体积的精确控制 p 实现成品油质量过剩最小 p 降低成品油的生产成本 p 提高一次调合成功率，一次调合成功率为90以上 p 减少损耗，节约能源 p 提高了油品储运厂的自动化应用水平 p 有效提高了操作人员的技术素质和责任心 在降低辛烷值过剩方面， 2006

26、年各牌号汽油平均辛烷值与 2007年对比： 成品油优化调合系统成品油优化调合系统应用效果应用效果 成品油优化调合系统成品油优化调合系统应用效果应用效果 成品油优化调合系统成品油优化调合系统应用效果应用效果 p 项目取得的经济效益项目取得的经济效益 降低辛烷值过剩降低辛烷值过剩 以2006年底汽油价格计算，大约每降低一个单位的辛烷值调合成 本将降低81.124元/吨。而在2007年，90号、93号、97号车用汽油的 产量分别1248809.352吨、717358.853吨和153887.123吨，这样在 2007年，降低辛烷值过剩一项就为企业挖掘效益： 1248809.352（吨）0.53（辛烷

27、值单位）81.124（元/吨.每单位 辛烷值） +717358.853（吨） 0.30（辛烷值单位） 81.124（元/吨.每单 位辛烷值） +153887.123（吨） 0.01（辛烷值单位） 81.124（元/吨.每单 位辛烷值）=7115.2万元。 综上合计可创造经济效益为7115.2万元 1.500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化调合系统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反

28、应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 组织部门：股份公司化工与销售分公司 承担单位：兰州石化公司 起止年限：2006年7月2007年10月 该项目结合工艺工程师和操作人员长期的生产经验，解决常规控 制很难处理的像反应器、精馏塔这样具有多变量、有约束和强耦合的 复杂过程控制问题，通过综合考虑苯乙烯装置各单元内部及其相互之 间的关联性，采用多变量协调预测控制的思想，实现苯乙烯装置相关 单元的稳定、快速和准确的控制，减少目标产品损失，尽可能多地生 产高价值产品，满足节能降耗的要求。 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制项目范围项目范围 苯乙烯装置生产过程先进控制

29、由烷基化单元、乙苯精馏、脱氢单元、苯乙烯精 馏四个控制部分组成；重点实施基于物料平衡和能量平衡的先进控制。 1.烃化单元先进控制 通过预测控制手段实施烷基化反应器入口温度、烷基转移反应器进口温度、预 分馏塔、脱非芳塔的平稳控制。 2. 脱氢反应单元先进控制 本单元实施过热炉出口温度、废热回收系统汽包液位、蒸发分离系统乙苯/蒸汽 分离罐液位和储液罐液位的先进控制。 3.乙苯精馏单元先进控制 实施乙苯精馏系统回收苯塔、精乙苯塔、二乙苯塔的先进控制。 4.苯乙烯精馏单元先进控制 实施苯乙烯精馏系统的粗苯乙烯塔、精苯乙烯塔、回收乙苯塔的先进控制。 5. 软测量 实现精乙苯塔塔顶乙苯、粗苯乙烯塔塔底苯乙

30、烯和精苯乙烯塔塔顶苯乙烯的质 量预测。 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制设计思想设计思想 烷基化单元先控烷基化单元先控 解决烷基化原料苯罐液位常规操作下控制不住的问题 解决反应器入口温度波动大严重影响乙苯产率的问题 解决塔顶压力控制不稳的问题 解决液位、温度波动问题 乙苯精馏单元先控乙苯精馏单元先控 在物料平衡的基础上,调节塔的热量供给和热量分布,确保产 品合格,提高乙苯产率。 解决常规控制下液位、温度波动问题。 脱氢单元先控脱氢单元先控 在蒸汽过热炉控制中，提高过热炉A、B出口温度的平稳率，相 应地提高了脱氢反应器苯乙烯的收率。 解决废热回收系统和乙苯蒸发器部分的液位波动问题。 苯乙烯精

31、馏单元先控苯乙烯精馏单元先控 在物料平衡的基础上,调节塔的热量供给和热量分布,确保产品 合格,提高苯乙烯产率。 解决常规控制下液位及粗苯乙烯塔塔釜温差波动问题。 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制设计思想设计思想 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制烷基化单元控制器烷基化单元控制器 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制乙苯精馏单元控制器乙苯精馏单元控制器 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制脱氢单元控制器脱氢单元控制器 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制苯乙烯精馏单元控制器苯乙烯精馏单元控制器 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制软仪表软仪表 N OC 3 4 辅助变量描述相关因子 1P

32、I C A _ 2 0 3 . M E A S塔顶压力- 0 . 4 2 6 2 2T I _ 2 1 2 . M E A S 塔顶温度- 0 . 4 2 2 7 3T I C _ 2 0 7 . M E A S进料温度- 0 . 1 5 3 9 4F I C _ 2 0 6 . M E A S回流量0 . 2 6 1 7 5T I _ 2 1 0 . M E A S塔釜温度- 0 . 3 8 4 1 苯乙烯软测量系统之乙苯塔C 3 4 塔顶乙苯含量 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制器跟踪控制器跟踪性能性能 在APC控制下本项目各控制回路跟踪效果比较理想,操作工特别满 意。 如图1-4

33、所示，2007年12月17日至12月18日操作人员改变烷基化单 元三反进口温度、过热炉A室蒸汽出口温度、回收苯塔灵敏板温度及原 料苯罐液位的先控目标值，各回路相应运行几分钟就达到它们的目标 值。 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 控制器跟踪控制器跟踪性性能能 图图1:1:分子筛单元三反进口温度运行曲线分子筛单元三反进口温度运行曲线 图图2:2:蒸汽过热炉蒸汽过热炉A A室蒸汽出口温度运行曲线室蒸汽出口温度运行曲线 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制器跟踪控制器跟踪性性能能 图 图4: 4:烷基化原料苯罐液位运行曲线烷基化原料苯罐液位运行曲线 图图3:3:回收苯塔灵敏板温度运行曲线回收

34、苯塔灵敏板温度运行曲线 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制品质控制品质 图图5: :1212月月2424日日V-103V-103液位液位APCAPC与常规控制温运行曲线对比图与常规控制温运行曲线对比图 图图6:6:1212月月2424日日烷基化单元三反进口温度烷基化单元三反进口温度APCAPC与常规控制温运行曲线对比图与常规控制温运行曲线对比图 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制品质控制品质 图图8:8:1212月月2424日日C-34C-34塔灵敏板塔灵敏板温度温度APCAPC与常规控制温运行曲线对比图与常规控制温运行曲线对比图 图图7:7:1212月月2424日日C-26C-2

35、6塔灵敏板温度塔灵敏板温度APCAPC与常规控制温运行曲线对比图与常规控制温运行曲线对比图 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制器抗干扰性能控制器抗干扰性能 本系统各控制器抗干扰性能强,为装置平稳运行创造了条件。 2007年12月17日至12月18日对烷基化单元一反进口温度、苯乙烯 精馏单元精乙苯塔回流罐液位先进控制器抗干扰性能进行测试，测试 结果这两个回路抗干扰性能良好,操作工特别满意。 如图9所示，操作人员增加一反进口温度所对应干扰的二反循环量 ，而一反进口温度没有随干扰变量的变化而变化。 如图10所示，操作人员改变精乙苯塔回流罐液位所对应干扰的精 乙苯塔回流量，而回流罐液位没有随干扰

36、变量的变化而变化。 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制控制器抗干扰性能控制器抗干扰性能 图图9:9:一反进口温度在干扰情况下一反进口温度在干扰情况下APCAPC控制曲线控制曲线 项目应用情况项目应用情况-控制器抗干扰性能控制器抗干扰性能 图图10:C-34塔回流罐液位在干扰情况下塔回流罐液位在干扰情况下APC控制曲线控制曲线 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制软仪表软仪表 软仪表通过主元分析、偏回规方法建立精乙苯塔塔顶产品质量、 粗苯乙烯塔塔釜产品、精苯乙烯塔塔顶产品的软测量模型。通过2007 年12月标定期间的产品质量软仪表预测值与化验室值比较分析，软仪 表计算数据与化验数据变化趋势一致

37、，精度(预测数据与相应化验数据 之差的绝对值，然后再计算平均值)达到合同要求,标定结果见下表。 操作人员参考软仪表预测数据，控制产品质量，并通过这些数据 找到精馏部分最佳操作条件，收到较好的应用效果。 序 号 软 仪 表 测 试 项 目 软 仪 表 与 验 数 据 之 差 的 绝 对 值 的 平 均 值 1 C-34 塔 顶 产 品 中 乙 苯 含 量 计 算 精 度 0 02% 2 C-53 塔 底 产 品 中 苯 乙 烯 含 量 计 算 精 度 0 095% 3 C-76 塔 顶 产 品 中 苯 乙 烯 含 量 计 算 精 度 0 018% 苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制经济效益经济

38、效益 2007年12月，由兰州石化公司组织对苯乙烯装置进行了标定测试。直 接效益主要来自于苯乙烯产率的提高和装置能耗的降低。 标定期间，苯乙烯的收率提高0.734%，按苯乙烯设计年产量60,000吨 计算，带来的年经济效益为： 60,000*0.734% *（12,000-1,627）456.8万元/年。 注：12000-2007年12月苯乙烯市场价格； 1627-2007年12月聚苯乙烯和多乙苯残渣出售价格； 标定期间，装置节约能耗折合成标油为：8.818kg/t.sm.，带来效益： 1,400*(8.818*60,000/1000) 元/年74.1万元/年 注：1,400-目前标油价格，元

39、/吨标油； 60,000-苯乙烯装置年设计产量，吨； 所以总的直接经济效益为：74.1+456.8530.9万元 1.500万吨万吨/年常减压单元先进控制年常减压单元先进控制 2.300万吨万吨/年重油催化裂化单元先进控制年重油催化裂化单元先进控制 3.120万吨万吨/年延迟焦化单元先进控制年延迟焦化单元先进控制 4.成品油优化调合系统成品油优化调合系统 5.苯乙烯单元先进控制苯乙烯单元先进控制 6.丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化 组织部门：兰州石化公司技术处 承担单位：兰州石化公司自动化院、石油化工厂 起止年限：2006年7

40、月2007年7月 丙烯腈是生产腈纶、合成橡胶等化工产品的主要原料，丙烯腈反应器 的操作条件显著影响丙烯腈的收率，但最优操作条件往往随着原料、反应 器负荷、工艺条件等诸多因素的变化而改变。本项目实施的先进控制和操 作优化是通过调整反应器操作参数，提高控制精度，根据不同时期的情况 适当调整反应器操作条件，使丙烯腈生产长期处于最优或良好的状态，提 高反应器出口的丙烯腈收率，提高经济效益。 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化项目内容项目内容 1、先进控制站的接入； 2、反应器相关PID参数自动整定； 3、计算丙烯腈产率、丙烯醛含量和尾氧含量； 4、反应器温度和进料量多变量广义预测控制；

41、5、正交优化试验； 6、反应器自适应在线操作优化实施。 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化创新点创新点 本项目在国内首次在丙烯腈装置上实施了三层控制， p 第一层是常规控制技术，关键技术是PID参数整定技术，通过计算机 自动整定PID控制回路的比例系数、积分时间常数和微分时间常数，获取 最佳PID 参数； p 第二层是GPC控制，采用受控自回归积分滑动平均（CARIMA）模型， 反应温度通过GPC控制实现； p 第三层是优化控制，建立丙烯腈产量的Hammerstein模型，计算满足 各种约束条件的反应器优化操作参数，自动跟踪反应器负荷、工艺条件 等因素的变化，实现在线优化，提高丙

42、烯腈收率。 以上三层控制在丙烯腈装置上综合应用，实现了最优操作，取得了 良好的使用效果，得到了车间操作人员和工艺人员的一致认可和好评， 实现了预期的目标。 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化控制结构框图控制结构框图 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 下面是从整定的下面是从整定的1212个回路中，随意选取两个回路运行结果进行比较，各回个回路中，随意选取两个回路运行结果进行比较，各回 路运行良好如图路运行良好如图1 1、图、图2 2所示，受到用户欢迎。所示，受到用户欢迎。 图图1 1： E140E140换热器液位换热器液位LC-1205LC-1205整

43、定前后效果比较图整定前后效果比较图图图2 2：吸收塔上段液位吸收塔上段液位LC-1206LC-1206整定前后效果比较图整定前后效果比较图 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 图图3 3：反应器温度参数运行曲线比较图：反应器温度参数运行曲线比较图 8月20日在常规操作时温度运行方差为0.08，温度最大波动1.15； 而8月19日在GPC控制时温度运行方差为0.01，温度最大波动0.4。通过 这两组运行数据比较，参数运行方差数据减少了88.2%，运行曲线见图3。 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 07年8月21日车间反应岗位操作工将反

44、应温度的设定值从427改为427.5见图4, 运行大约10分钟后,反应温度达到427.5,控制器跟踪性能好。 图4：反应温度GPC控制跟踪运行曲线 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 图图3 3：反应器温度参数运行曲线比较图：反应器温度参数运行曲线比较图 丙烯腈反应温度主要干扰变量是反应压力,在不采取GPC调节的情况下,反应压力变大,相应反应温度升高, 另一方面反应压力变小,相应反应温度降低。 为了测试GPC的抗干扰性能力，07年8月10日、11日进行了为期两天的GPC与常规操作对比运行。10日采用 GPC控制反应温度,当反应压力从0.063MPa降到0.06MP

45、a时,从反应温度运行曲线来看（如图6所示），温度波动 了0.2，由于GPC实时调节，温度没有随压力地降低而不断降低；11日常规操作反应温度,当反应压力从 0.0618MPa降到0.0598MPa如图5所示,从反应温度运行曲线来看，温度从127.5降到126.1,波动1.4,温度 紧跟压力变化。从这两天对比运行效果来看，GPC控制有良好的抗干扰性能。 图图5 5：8 8月月1111日反应温度在干扰情况下常规操作运行曲线日反应温度在干扰情况下常规操作运行曲线 图图6 6：8 8月月1010日反应温度在干扰情况下日反应温度在干扰情况下GPCGPC控制运行曲线控制运行曲线 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯

46、腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 对于丙烯腈反应器，尾氧含量、丙烯醛含量和反应器单收是三个十分重要的参数。通 过对以前的数据进行分析，建立了计算尾氧和丙烯醛含量的数学模型，同时通过数据统计 得到反应器单收数学模型。 通过图7、图8来看尾氧含量、丙烯醛含量软仪表计算数据与化验数据变化趋势一致， 精度也满足操作需求，在实际应用中发挥了较好的指导作用。尾氧含量、丙烯醛含量软仪 表具体应用如下： u软仪表丙烯醛含量的预测值指导装置氨烯比操作 氨烯比过低，丙烯腈收率降低，丙烯醛生成量增加，造成精制工段的困难；氨烯比过 高，虽然对反应本身没有影响，但增加了氨耗，同时增加了中和过量氨所用硫酸的用量， 而

47、中和产物硫铵是负价产品。 u软仪表尾氧含量的预测值指导装置空烯比操作 空烯比的控制，首先要保证反应所需要的氧气量，同时还要考虑到副反应的氧耗，为 防止催化剂被还原而失去活性，必需控制尾气中过量氧的存在。空烯比过低，丙烯腈收率 下降，还会引起催化剂活性降低；空烯比过高，丙烯腈收率几乎不变，而反应器的生产能 力降低。 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化应用效果应用效果 图7：尾氧含量软测量 图8：丙烯醛含量软测量 丙烯腈单元反应器操作优化丙烯腈单元反应器操作优化经济效益经济效益 2007年10月至11月间，兰州石化公司对丙烯腈装置进行了标定测 试。测试结果表明操作优化软件投用后，丙烯

48、腈全程收率提高0.5%以上 ，可实现装置增效420.5万元/年。 兰州石化公司自动化院兰州石化公司自动化院 20082008年年1212月月 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 2007年11月按照测试大纲，对90、93、97号汽油进行了各三批 次的测试，顺利完成了项目的测试工作。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 第一罐90号汽油实验室分析结果 调合批次：543，成品罐：346罐 注：偏差1化验室分析在线调合结果 偏差2化验室分析质量指标下限 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 从本批次346罐的调合结果来看，在线调合结果中的RON为89.38

49、，小于89.5；ROAD为84.97，大于84.5，这是因为RON非常低的非芳 烃和直馏汽油配方已达到配方下限，调合总管上的RON无法再提高造 成的。烯烃含量、芳烃含量以及苯含量都在控制的范围内，满足了 质量控制要求。从化验室分析一行可以看出，各批次调合油品质量 全部合格；从偏差一行可以看出，研究法辛烷值偏差0.3，抗爆指 数偏差0.3，其它质量指标都在要求的范围内，充分说明调合模型 的精度与近红外分析模型的精度完全达到调合优化的要求。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 第二罐90号汽油实验室分析结果 调合批次：560，成品罐：344罐 注：偏差1化验室分析在线调合结果 偏差2化验室分析质

50、量指标下限 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 从上表可以看出，在线调合结果中的RON为90.12，小于90.2，这 是由于调合过程中直馏汽油达到了配方下限，而重整生成油则达到 了配方上限，缺乏再提高产品辛烷值的手段。其它产品质量指标都 在控制的范围内。从化验室分析一行可以看出，本批次调合油品质 量全部合格；从偏差一行可以看出，研究法辛烷值偏差0.3，抗爆 指数偏差0.3，其它质量指标都在要求的范围内，充分说明调合模 型的精度与近红外分析模型的精度完全达到调合优化的要求。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 第三罐90号汽油实验室分析结果 调合批次：558，成品罐：346罐 注：偏差1化验

51、室分析在线调合结果 偏差2化验室分析质量指标下限 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 从上表中的在线调合结果来看，研究法辛烷值不小于89.5，抗爆 指数不小于84.5，实现了卡边控制；烯烃含量、芳烃含量和苯含量 都在控制的范围内，满足了质量控制要求。同时，虽然研究法辛烷 值还有0.26的质量过剩，但是抗爆指数已实现卡边，达到了质量过 剩最小。从化验室一行来看，除研究法辛烷值（RON）低于控制下限 外，其它质量指标均在控制范围内；从偏差一行可以看出，研究法 辛烷值偏差0.3，抗爆指数偏差0.3，其它质量指标的偏差也都 在要求的范围内，充分说明调合模型的精度与近红外分析模型的精 度完全达到调合优化的要求。 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 第一罐93号汽油实验室分析结果 调合批次：533，成品罐：278罐 注：偏差1化验室分析在线调合结果 偏差2化验室分析质量指标下限 成品油优化调合系统成品油优化调合系统 从上表中的在线调合结果来看，研究法辛烷值不小于93.0，抗爆 指数不小于88.1，实现了卡边控制；烯烃含量、芳烃含量和苯含量都 在控制的范围内，满足了质量控制要求。同时，虽然研究法辛烷值还 有0.41的质量过剩，但是抗爆指数已实现卡边，达到了质量过剩最小 。从化验室分析一行可以看出，本批次调合油品质量均在控制范围内