1 前言

    海南煉化于2006年6月建成投產(chǎn)，年設計原油加工能力為1000萬(wàn)噸/年，年產(chǎn)汽油約400萬(wàn)噸/年。

    隨著(zhù)環(huán)保要求的提高，國家汽油產(chǎn)品標準越來(lái)越嚴格，汽油產(chǎn)品需要控制指標的越來(lái)越多（包括RON、MON、RVP、餾程、硫含量、烯烴含量、芳烴含量、苯含量、氧含量等），指標值更加苛刻，這些都使得汽油調合過(guò)程更為復雜和困難，也對調合方案的準確制定及調合過(guò)程提出了更高要求。

    為了能夠及時(shí)、高效地生產(chǎn)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的清潔汽油，中國石化海南煉油化工公司在建廠(chǎng)之初就啟動(dòng)了汽油在線(xiàn)調合系統項目，項目?jì)热莅ńt外在線(xiàn)分析儀投用及在線(xiàn)優(yōu)化控制系統的實(shí)施等。汽油在線(xiàn)調合系統采用美國Honeywell軟件，近紅外在線(xiàn)分析儀采用美國Guided Wave產(chǎn)品。

    通過(guò)實(shí)施汽油在線(xiàn)調合系統項目，一方面可以減少質(zhì)量過(guò)剩，降低生產(chǎn)成本，提高調合成功率和縮短調合周期；另一方面，可以對汽油產(chǎn)品進(jìn)行改質(zhì)升級，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿(mǎn)足產(chǎn)品環(huán)保和出口要求。

    2汽油在線(xiàn)調合系統軟件介紹

    在本項目中，汽油在線(xiàn)調合系統選擇霍尼韋爾公司的商品化在線(xiàn)調合系統軟件包，主要包括調合優(yōu)化控制（BPC）和調合比例控制（BRC）兩部分，是Honeywell油品調合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案中的一部分。下圖為Honeywell油品調合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案的結構示意圖。

               

                         圖2.1 Honeywell油品調合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案

    2.1調合優(yōu)化控制（BPC）主要功能

    BPC為在線(xiàn)調合提供先進(jìn)的質(zhì)量控制和優(yōu)化方案。通過(guò)與BRC之間的接口，將組份的比例控制和先進(jìn)質(zhì)量控制完全集成在一起。BPC提供兩種操作模式：瞬時(shí)質(zhì)量控制（用于產(chǎn)品直接進(jìn)入管道的調合），或儲罐質(zhì)量控制（用于滿(mǎn)罐調合，考慮罐底油），在本項目中采用了儲罐質(zhì)量控制模式。

    BPC是在線(xiàn)優(yōu)化配方的非線(xiàn)性調合優(yōu)化器，它根據產(chǎn)品質(zhì)量指標、組份成本、組份的有效性和組份質(zhì)量指標等數據來(lái)計算調合性質(zhì)[3]。BPC可以在滿(mǎn)足質(zhì)量指標要求的同時(shí)進(jìn)行有效的調合優(yōu)化，調和優(yōu)化方案可按照如下控制目標的組合：
? 產(chǎn)品合格－質(zhì)量過(guò)剩最小
? 產(chǎn)品合格－成本最低
? 產(chǎn)品合格－成本最低－質(zhì)量過(guò)剩最小
? 產(chǎn)品合格－質(zhì)量過(guò)剩最?。杀咀畹?br /> ? 產(chǎn)品合格－最接近初始配方

    BPC基于分析儀的反饋提供在線(xiàn)的、以模型為基礎的優(yōu)化配方，它可以對罐底油、罐余不合格油進(jìn)行調合和補償。BPC使用的非線(xiàn)性?xún)?yōu)化器每個(gè)控制周期運算一次，根據分析儀的反饋調整調合配方，每次優(yōu)化后的配方自動(dòng)下載到BRC，通過(guò)BRC控制現場(chǎng)設備，從而調整和控制各組份的比例。然后，BPC通過(guò)在線(xiàn)的模型校正來(lái)提高下一調合控制動(dòng)作的準確性。
在調合過(guò)程中，如果調合結果不合格，BPC會(huì )給出一系列的提示信息幫助操作人員采取相應措施：BPC會(huì )提醒操作人員注意并指出哪一個(gè)或哪些產(chǎn)品的質(zhì)量不合格；還會(huì )提示目前受到約束的組份，允許操作人員在權限范圍內調整組份的上下限以盡可能放寬約束，從而使產(chǎn)品質(zhì)量合格；BPC還會(huì )推薦增加某種組份或添加劑（如有可能）以使產(chǎn)品質(zhì)量合格。

    2.2調合比例控制（BRC）主要功能

    BRC通過(guò)管理調合從開(kāi)始到結束的順序，控制在線(xiàn)調合過(guò)程，確保被調合的產(chǎn)品符合配方各項指標的要求。
    BRC調合的設定值來(lái)自BPC模塊或者手動(dòng)輸入。一旦現場(chǎng)設備可以交付使用且配方獲得驗證，操作員可以啟動(dòng)調合。組分和添加劑泵按照組態(tài)的順序啟動(dòng)，流量控制器被打開(kāi)，所有這些都在BRC控制之下。在調合的各階段，組分和添加劑的流量比值被嚴格控制，確保體積量的精確混合。分析儀和其它設備發(fā)生故障時(shí)的處理也由BRC完成。

    BRC具有三種調合模式：

    比例調合模式——實(shí)時(shí)監測組份流量與調合總管流量的比例，使得各組份瞬時(shí)流量的比例等于配方中的配比。
    體積校正模式——實(shí)時(shí)監測各組份體積對調合總體積的比值。體積校正的目的是在校正體積偏差的基礎上盡可能使調合體積與配方中的數據相吻合。流控器體積誤差的校正通過(guò)校正流控器的設定值自動(dòng)實(shí)現。
    微調控制模式——實(shí)現成品油實(shí)測屬性值與質(zhì)量控制目標的偏差最小化，近紅外在線(xiàn)分析儀為BRC提供屬性的測量值。微調控制可通過(guò)單組分微調或者一個(gè)微調組分加一個(gè)補償組分的二元校正來(lái)實(shí)現。
    BRC還提供在線(xiàn)切換調合批次功能。所謂在線(xiàn)切換調合批次是指在不停泵、不停調合頭的情況下切換調合批次，使得汽油調合系統可以連續運行，該功能主要用于有直調組份參與的情況。切換過(guò)程中，至少下述信息可以修改以適應下一批次調合：

? 調合的目標成品罐
? 調合的產(chǎn)品牌號
? 初始配方
? 產(chǎn)品質(zhì)量設定
? 調合的目標流量和目標體積，等

    3 在線(xiàn)調合系統的硬件介紹

    3.1 近紅外在線(xiàn)分析儀

    傳統的產(chǎn)品質(zhì)量測量方法無(wú)法對調合過(guò)程中正在調合的油品進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，根據油品調合軟件的要求，必須安裝在線(xiàn)分析儀。汽油在線(xiàn)調合系統使用近紅外在線(xiàn)分析儀作為產(chǎn)品質(zhì)量的反饋，構成閉環(huán)的優(yōu)化控制回路。

    本項目采用了Guided Wave近紅外在線(xiàn)分析儀，通過(guò)校正模型技術(shù)來(lái)校正現場(chǎng)樣品波動(dòng)，無(wú)須樣品預處理系統，能夠滿(mǎn)足上層調合軟件實(shí)時(shí)監控、及時(shí)優(yōu)化的要求；采用雙光束設計，增加了準確性、降低了維護量；其廠(chǎng)家庫模型中包含有完備的分析數據，油品組成的變化可由儀器的內部異物統計功能及時(shí)發(fā)現，保證分析的準確性；利用光路切換技術(shù)將光信號傳輸到直接安裝在工藝管線(xiàn)上的多個(gè)探頭上，利用近紅外光輻射從現場(chǎng)管線(xiàn)物料中獲取光譜數據，使用偏最小二乘法建立的分析模型，對這些光譜數據進(jìn)行分析，從而得到物料的各參數數據。

    通過(guò)2年多的應用，Guided Wave的近紅外分析儀可以滿(mǎn)足海南煉化汽油在線(xiàn)調合的要求，總結其特點(diǎn)如下：
    1. 采用直插式探頭，無(wú)需樣品預處理系統，使用和維護比較方便
    2. 盡管測量精度不是很高，但其重復性好，通過(guò)補償，依然可以滿(mǎn)足汽油調合系統對組分性質(zhì)的測量需求。

    3.2 調合執行系統的選擇

    在線(xiàn)調合系統的調合優(yōu)化最終需要通過(guò)DCS系統完成，該DCS系統需完成如下功能：
    1. 集成近紅外分析儀，通過(guò)串口卡件把近紅外分析儀的分析數據讀入DCS系統，并提供給在線(xiàn)調合優(yōu)化系統使用
    2. 提供在線(xiàn)調合系統與DCS系統之間的集成接口
    3. 嚴格執行調合系統的優(yōu)化配方和調合任務(wù)
    4. 執行如BRC定義的順控等功能，如調合批次的平滑切換等。
    該DCS系統選擇霍尼韋爾公司的TPS系統，很好地完成了上述工作。整個(gè)在線(xiàn)調合系統的系統架構如下圖所示：

               

                              圖3.2 海南汽油在線(xiàn)調合系統整體架構

    4 海南煉化汽油調合方案

    海南煉化的汽油生產(chǎn)主要有四種組份油：催化汽油、重整汽油、MTBE和輕汽油。汽油產(chǎn)品主要生產(chǎn)93＃和97＃高清潔汽油。

    催化汽油為直調，直接從裝置調合進(jìn)調合頭，不經(jīng)過(guò)中間緩沖罐。當催化汽油過(guò)剩時(shí)，過(guò)剩部分進(jìn)過(guò)剩罐，這大大增加了調合的難度。

    采用在線(xiàn)調合系統后的調合流程如下圖所示：

               

                               圖2.1 采用在線(xiàn)調合系統后的調合流程圖

    5 應用效果對比分析

    5.1 質(zhì)量指標同時(shí)滿(mǎn)足要求，并減少質(zhì)量過(guò)剩

    本項目主要在線(xiàn)調合93＃和97＃成品汽油，主要應用效果體現在組份油調合體積的精確控制和成品油的質(zhì)量過(guò)剩最小等方面。

    下表是在線(xiàn)調合系統投用前后的調合效果數據對比：

               

    如上表所示，辛烷值、抗暴指數等向下卡邊，而烯烴含量則向上卡邊，達到了實(shí)施在線(xiàn)調合烯烴的初衷。
汽油在線(xiàn)優(yōu)化調合系統投用后，成品汽油主要質(zhì)量指標（研究法辛烷值、抗爆指數）的質(zhì)量過(guò)剩有了明顯減少，實(shí)現了產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊控制。下表給出了93＃成品汽油在投用前和投用后研究法辛烷值和抗爆指數的數據對比。其中投用后數據來(lái)自2008年4月至11月期間的調合數據。

    表5-2 93＃成品汽油投用前與投用后的數據對比

               

    從上表可以看出，成品油的質(zhì)量過(guò)剩有了明顯降低，而且抗爆指數控制在0.3范圍內。
下圖給出了抗爆指數質(zhì)量過(guò)剩的變化趨勢。從圖中可以看出，在系統剛投用時(shí)抗爆指數質(zhì)量過(guò)剩的變化幅度比較大，隨著(zhù)應用的熟練及維護力量的加強，變化幅度逐漸降低，質(zhì)量過(guò)剩也從而逐漸減小。

    圖5.3 抗爆指數質(zhì)量過(guò)剩變化趨勢圖

                

    5.2 質(zhì)量指標控制平穩

調合頭調合性質(zhì)辛烷值的控制非常平穩，如下圖所示：

                

                                      圖5.1 辛烷值控制曲線(xiàn)

               

                                  圖5.2 調合系統友好的操作見(jiàn)面

    5.3 實(shí)現組份油調合體積的精確控制

    在比例控制階段，BRC能夠通過(guò)流控器精確控制各組份的體積流量，忠實(shí)地按照給定的配方進(jìn)行調合；而且能夠對調合過(guò)程中出現的異常情況做出及時(shí)響應：根據組態(tài)，當出現異常情況時(shí)，或者由BRC自動(dòng)采取對應動(dòng)作，或者提供報警、提示信息，由操作工根據現場(chǎng)情況采取相應措施。

    由于催化汽油直接從裝置進(jìn)入調合頭，不設中間罐，因而汽油在線(xiàn)調合系統能夠實(shí)時(shí)根據催化汽油的流量來(lái)調整其它組份油的流量，保證各組份的調合比例不變。當催化汽油的流量過(guò)大、某種組份油流量不能滿(mǎn)足需求時(shí)，則過(guò)剩部分的催化汽油流入過(guò)剩罐，保證調合比例不變，并實(shí)現產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化目標。這大大提高了汽油生產(chǎn)的靈活性和精確性，降低了催化汽油流量波動(dòng)對調合的影響，同時(shí)也大大降低了操作人員的勞動(dòng)強度。

    5.4 提高了效益

    此處建議增加效益分析，以不同牌號的效益變化進(jìn)行效益分析。

    6 結束語(yǔ)

    汽油在線(xiàn)優(yōu)化評價(jià)系統投用后，提高了質(zhì)量控制水平，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量合格，又減少了質(zhì)量過(guò)剩，在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的同時(shí)，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。