再論石化ERP和APC――兼論為工藝生產(chǎn)服務(wù)的自控工作者如何自主創(chuàng )新

Discussion on ERP and APC in Petroleum & Chemical Industry Again
――Concurrently Discussion on How to Innovation of Automatic Control Workers Service for Production Process

原中國石油化工總公司上海石油化工研究院教授級石化系統工程師 鐘霖田

    摘要：制造（離散）工業(yè)ERP追求柔性加工以提高生產(chǎn)效率；石化（流程）加工本質(zhì)是柔性的，其ERP按多級負荷分配追求最大利潤；石化流程“大異小同”，以原油分餾為“龍頭”的后續加工各并行支流因企業(yè)而異，致使每個(gè)石化企業(yè)的ERP主體結構所涉及的范疇均是“大異小同”，評判石化ERP是否初步成功的硬指標――真正取代公司及廠(chǎng)級生產(chǎn)人工調度而履行多級負荷分配的調度決策；石化ERP主體結構的多級負荷最優(yōu)分配是“抱西瓜”，而相應的APC是“撿芝麻”；本質(zhì)是多維分布參數對象是石化APC及優(yōu)化項目難以收效的主因；預聯(lián)鎖概念的實(shí)施使ESD從“雙刃”變成“單刃”而確保石化生產(chǎn)“安、長(cháng)、穩、高”運行。

1  前言

    工業(yè)控制工程師以服務(wù)工業(yè)生產(chǎn)為己任，如何也能履行“自主創(chuàng )新”的職責？本文試圖以筆者如何從石化生產(chǎn)控制工程師漸變成資深的石化系統工程師的經(jīng)歷從技術(shù)角度予以闡述。

    文獻[1]是筆者在放療至手術(shù)的休歇期間為履諾而寫(xiě)就的，未曾涉獵包括文獻[2]～[4]一些教授、博導關(guān)于CIMS（PA）及ERP的任何文章，完全是憑借40多年在石化工業(yè)現場(chǎng)的研發(fā)應用的“厚積貫通”，按“庖丁解?！睆目傮w全局著(zhù)眼予以噴薄而信手拈就，完全是“自主”。是否“創(chuàng )新”？至少有別于文獻[2]～[4]的論述以及所依據的pudue、MOSA、GRAI/GIM及其參考文獻中的觀(guān)點(diǎn)與論述，在總體結構或框架上有很大差別。文獻[1]關(guān)于石化ERP的概念、目標、范圍、結構與實(shí)施等簡(jiǎn)捷、清晰的描述，曾得到中石化主管專(zhuān)函贊譽(yù)卻研閱無(wú)下文。

    可石化ERP進(jìn)行得怎樣了呢？以前強推的外商APC（Advance Process Control）軟件現已全廢，不竟黯然擔憂(yōu)。文獻[4]曾提及中石化推ERP又在成批買(mǎi)軟件交下面使用，效果如何呢？筆者擬在下面進(jìn)行技術(shù)分析后提出一個(gè)公認的公正的評價(jià)指標予以判評。

    無(wú)獨有偶。國內一些著(zhù)名高校的博導、教授們在自“七五”以來(lái)的重大科技攻關(guān)項目及“863”“973”的項目中以石化優(yōu)化控制（等同于A(yíng)PC）的名目從國家計委（現為發(fā)改委）和科技部獲得的經(jīng)費之和也不相上下，但結果是隨著(zhù)研究生論文通過(guò)也就交帳了！可項目的實(shí)效呢？至少在石化生產(chǎn)現場(chǎng)讓這些教授們捫心有愧！不禁要問(wèn)：怎么立項的，又怎么審批的？原因很簡(jiǎn)單，那些頭頂光環(huán)的專(zhuān)家權威不是不了解或礙于情面，就是大家彼此彼此。這些難道不應引起政府有關(guān)部門(mén)予以反思嗎？

    是什么原因造成石化APC難以取得實(shí)效？巨額耗資的石化ERP該怎樣進(jìn)行下去？吉林石化爆炸的巨大損失及對環(huán)境污染造成危害引起的反思。筆者將依據自己對石化工業(yè)的“厚積薄發(fā)”，沒(méi)有任何參考文獻而從技術(shù)角度提出自己的觀(guān)點(diǎn)，以供參考。這就是筆者從浩瀚的IEC資料中抽身履約寫(xiě)此文的目的，以盡“自主創(chuàng )新，探究真哲；國家富強，人人有責”的責任。

2  制造工業(yè)的CIMS或ERP追求柔性加工以提高生產(chǎn)效率

    制造工業(yè)的特點(diǎn)主要體現其加工部件發(fā)生形狀及結構的變化以及按工序傳送并組裝，多為表觀(guān)對象。其布局基本上是：除外購件（例如汽車(chē)輪胎等）外的零部件加工是并行的；而其后部件組裝（例如發(fā)動(dòng)機）與總裝的生產(chǎn)線(xiàn)則大體上是串行的。在零、部件加工中，例如，鉆孔的孔徑與部位的差異就需要更換鉆頭及工件的部位并固定之；又如，依據客戶(hù)訂單的型號與顏色如何適時(shí)安排相應的殼體與調換噴漆的顏色。這既包含如何縮短零部件加工工具及加工件位置更換與固定轉換時(shí)間與色調更換時(shí)間，也涉及該訂貨殼體準時(shí)上線(xiàn)安裝及下線(xiàn)交訂單的及時(shí)調度安排。這種生產(chǎn)線(xiàn)基本上是機械（器）動(dòng)作，多為表觀(guān)對象，多使用COM（Component Object Model）技術(shù)，其位置開(kāi)關(guān)或限位開(kāi)關(guān)（觸點(diǎn)）到位（on/off）即表示動(dòng)作步正常完成。當涉及更復雜的機器時(shí)，這些機器制造者提供有關(guān)運作、診斷軟件成為CBA的軟件組件。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)基本上無(wú)人控制，而是可以自動(dòng)啟動(dòng)/停止，其停止就包含了ESD（Emergency Shut Down）動(dòng)作而無(wú)須另配ESD?？傊?，制造業(yè)的CIMS或ERP追求柔性操作，縮短工具更換及加工件定位時(shí)間（往往在加工中心完成零部件的加工）等等，從而縮短工時(shí)，即提高生產(chǎn)效率，以及按訂單準時(shí)交貨。

3  再論石化ERP的體系結構

    以上概要提及制造工業(yè)ERP旨在追求柔性加工以提高生產(chǎn)效率，這與下面論述的石化ERP本質(zhì)是柔性的有本質(zhì)上的區別，但前者卻從理念與實(shí)施上對流程工業(yè)ERP有些錯誤的引導[3,4]。

    在筆者目前僅有的資料中，關(guān)于流程工業(yè)CIMS及ERP的文章已列在參考文獻[2]～[6]中。文獻[2]～[6]中有關(guān)石化（流程工業(yè)）ERP或CIMS或MES與筆者在[1]中所述的總體結構（或框架）有很大差別，甚至完全相左。有必要在此再論ERP！為了解這種差異，有必要將文獻[1]中石化ERP之論述扼要在此重復如下。

    “石化ERP旨在定期時(shí)間內獲取最大利潤，其實(shí)施實(shí)質(zhì)是把全企業(yè)的所有資源（物、人、財等）作為原料市場(chǎng)與產(chǎn)品市場(chǎng)的隨動(dòng)系統?！?。該隨動(dòng)系統只有一條縱向主線(xiàn)：以原料子系統和產(chǎn)品子系統的有關(guān)信息為輸入，全企業(yè)以生產(chǎn)活動(dòng)的物流主干線(xiàn)形成的利潤最優(yōu)，而全公司的人、財、物等其它資源都應當圍繞該物流主干線(xiàn)而配合工作。生產(chǎn)活動(dòng)的物流分配大致是二級負荷分配：對燃料型煉廠(chǎng)而言是一次加工與二次加工油品及二次加工中間油品的分配；對化工型企業(yè)而言主要是制芳烴原料（油）與制乙烯原料（油）之間的分配以及乙烯（單體）制成不同聚合物之間分配；而燃料－化工型則先是燃料油品與化工料油品之間的分配，再是燃料油品的一次加工與二次加工料的分配以及化工料中的半成品－單體至聚合物之間的分配?！?BR>
    以上石化ERP的多級負荷分配的物流加工主干線(xiàn)的隨動(dòng)系統的體系結構與文獻[2]～[4]等有下列明顯的差別。

    (1)  文獻[2]、[3]所述的流程工業(yè)CIMS與石化ERP范圍是不同的。對于流程工業(yè)而言，CIMS似乎改為CIPS更為恰當。在文獻[2]中之圖1所示的CIMS體系結構中，第1層戰略計劃層不在ERP之列。就國內石化而言，它是規劃設計院履行的職責。筆者認為，ERP是對企業(yè)既有的資源而言。至于基于生命周期的提法是無(wú)分歧的，這也是軟件工程慣用的思路；而在一個(gè)平臺上集成，筆者提出了統一系統平臺的概念與實(shí)施將會(huì )在恰當時(shí)候在此刊最先發(fā)表。有關(guān)總體設計從頂到底而實(shí)施則反之，這是沒(méi)有分歧的。

    最大的差別在于目標上的差異。文獻[2]在引言中有這樣一段話(huà)：“流程工業(yè)CIMS面臨的一個(gè)重大課題是：如何實(shí)現企業(yè)中信息的集成和利用，為各級領(lǐng)導、管理與生產(chǎn)部門(mén)提供輔助決策與優(yōu)化手段（如經(jīng)營(yíng)決策，優(yōu)化調度和優(yōu)化生產(chǎn)），并將這些決策優(yōu)化方案與對生產(chǎn)的實(shí)際控制聯(lián)系起來(lái)……”文獻[6]也提到，“影響領(lǐng)導坐作正確決策……”。筆者認為，如僅作輔助決策的話(huà)，在國內國有資產(chǎn)的現狀下，石化ERP就會(huì )完全成了“擺設”。筆者提出的以原油與產(chǎn)品市場(chǎng)作輸入的、以多級負荷分配的物流加工的隨動(dòng)系統按全局最優(yōu)的決策就是“軍令”，而決不是可有可無(wú)的輔助決策。領(lǐng)導、管理層的人為經(jīng)驗決策僅是同等權值的候選方案之一，由ERP計算機系統予以參照決策；誠然，在系統調試期間則加大其權值?？傊?，一旦ERP系統正式投運之后，其決策應無(wú)條件執行！例如，根據原油子系統的輸入由ERP決定買(mǎi)什么原油、什么價(jià)位買(mǎi)，什么時(shí)候買(mǎi)，原油貯罐的安排等等一旦確定之后，領(lǐng)導管理層就照此去安排資金、人員等予以實(shí)現。領(lǐng)導、管理層的生產(chǎn)調度大權已旁落了，而資金調配、人員安排等再旁落的話(huà)，則實(shí)施ERP的非技術(shù)阻力就更大了。

    (2)  文獻[3]的標題“MES－流程工業(yè)CIMS發(fā)展的關(guān)鍵”，筆者難以茍同。筆者認為，石化的APC等同于離散工業(yè)的MES。在多級負荷分配確定常減壓分餾各并行物流的后續加工后，APC就分別確定各最佳的負荷協(xié)定值與相應的控制參數設定值（SPV，Set Point Value）。所以在筆者的多級負荷最優(yōu)分配的調度決策中，物流最優(yōu)分配的獲益是“抱西瓜”，而隨之實(shí)施的“APC”是“芝麻”（后面詳述其理由）。另外，文獻[3]在論及流程工業(yè)MES的體系結構中有這樣的斷語(yǔ)：“流程CIMS中，PCS層的信息集成技術(shù)已相當成熟，ERP層的理論與技術(shù)與離散工業(yè)大同小異，……?！鼻『孟喾?，筆者認為，二者連“大異小同”都不是，而是有本質(zhì)上的差別，這也是在再論石化ERP中為何把屬于離散工業(yè)范疇的制造工業(yè)的特點(diǎn)論述放在前面的原因。文獻[4]中的“……如精良生產(chǎn)、準時(shí)制生產(chǎn)……”等離散工業(yè)CIMS用語(yǔ)生搬硬套于石化ERP中。由此看來(lái)，筆者在文獻[1]中的擔心不是無(wú)稽之談：“ERP是起源于離散制造行業(yè)的CIMS，其思路與方法大多被生搬硬套形成CIPS，企圖適用于連續加工，……”看來(lái)，離散工業(yè)的CIMS理念對石化ERP的影響不淺！如此，現有的流程工業(yè)CIPS或ERP軟件商所推行的相關(guān)軟件，大概也難以脫其臼巢?；?，筆者再次強調：離散工業(yè)的CIMS或ERP旨在追求柔性制造或加工以提高生產(chǎn)效率而獲利；石化ERP是對本質(zhì)是柔性的物流作最佳分配加工以追求最大利潤！

    (3)  文獻[4]更是難以理喻?！啊壳皞鹘y的ERP已經(jīng)到頂，取而代之的新模式―協(xié)作商務(wù)已經(jīng)出現?！笔沁@樣嗎？所羅列的國外廠(chǎng)商的ERP軟件如何，似乎把這些軟件買(mǎi)來(lái)安裝、調試就可實(shí)現石化（典型的過(guò)（流）程工業(yè)）ERP，也把中石化已購買(mǎi)25套煉廠(chǎng)高級計劃與排程軟件PIMS……予以羅列，看來(lái)是贊揚這種作法。文獻[4]中圖1～圖3似乎顯示該文作者們已在石化（流程工業(yè)之典型）中實(shí)施成功ERP。該文作者們與所列文獻的作者及文獻[6]的作者，對石化流程的特點(diǎn)與實(shí)質(zhì)的理解與筆者的理解相距較大，其中有的長(cháng)期專(zhuān)事化學(xué)工程研發(fā)，有的雖是石化行業(yè)但基本上不是來(lái)自辦公室就是來(lái)自計算機房！文獻[5]的作者言明來(lái)自鎮海石化的煉廠(chǎng)信息中心，從其本身的工作出發(fā)進(jìn)行一些技術(shù)探討是應予贊揚的，但并未議及ERP總體結構，似乎缺乏總體規劃。

    大批買(mǎi)外商軟件交下面使用（例如文獻[4]提到25套PIMS軟件），是否會(huì )像強推APC一樣下場(chǎng)？文獻[4]、[5]提到一著(zhù)名外商軟件商，筆者有所了解。其在向鎮海石化化肥廠(chǎng)首推優(yōu)化軟件時(shí)還不知道該廠(chǎng)渣油氣化造氣（美國德士古專(zhuān)利）是怎么回事而向筆者咨詢(xún)。除一些從事信息化工作者在未論及總體結構或框架的情況下，先是強調什么平臺，什么數據庫，什么網(wǎng)絡(luò )，顯示其專(zhuān)業(yè)特長(cháng)與羅列什么電子商務(wù)等時(shí)髦詞語(yǔ)之外，就是迷信國外的軟件，……。把這些外商所推銷(xiāo)的有關(guān)軟件都買(mǎi)來(lái)能拼湊成一個(gè)最簡(jiǎn)單的純燃料型煉廠(chǎng)的ERP并使之獲利頗豐嗎？

    文獻[4]中有：“著(zhù)名的國外ERP廠(chǎng)商宣稱(chēng)其生產(chǎn)的軟件產(chǎn)品不僅適用于離散工業(yè)，而且適用于過(guò)程工業(yè)?！笔菃?？筆者可以斷定，這種軟件產(chǎn)品對石化ERP絕對是廢盤(pán)！試問(wèn)，有能準確預估、預測原油市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的軟件嗎？如有這種軟件面市，也不要搞什么石化ERP了！僅在國際原油期貨市場(chǎng)買(mǎi)進(jìn)、賣(mài)出就能獲豐厚得多的利潤。但如大家都去買(mǎi)這種軟件，結果是不言而喻的。筆者在文獻[1]中曾指出，石化ERP既涉及一個(gè)龐大的系統工程，更涉及每個(gè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)機密，成功者會(huì )將其機密泄露嗎？如有現成的軟件能拼湊一個(gè)成功的石化ERP，大家都仿效之，不是像如果有能正確預估預測原油市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的軟件一樣的結果嗎？勿須再言，否則有醍醐灌頂之嫌了。
 
    筆者認為，石化ERP還存在許多待探索的領(lǐng)域。例如，作為隨動(dòng)系統的兩個(gè)重要輸入子系統―原油輸入子系統和產(chǎn)品市場(chǎng)輸入子系統均是由多個(gè)隨機過(guò)程變量所主宰的，尤其是前者的價(jià)位與品性的變動(dòng)[注1]首先應予探究；加工過(guò)程中，間歇過(guò)程（例如氯乙烯單體的一釜一釜地聚合以及潤滑油加工系統等）與連續過(guò)程的結合涉及混雜系統控制理論研究[7]，這些均有待研發(fā)?；?，筆者將文獻[1]反復強調的再予鄭重指出：石化ERP個(gè)性多于共性，宜逐一對待；還像高明醫生那樣―同癥因人而需予分治！下面擬分析的即使同是燃料型煉廠(chǎng)也是“大異小同”。

    注1：國際原油期貨行情的波動(dòng)這種隨機變量，絕對不符合高斯的正態(tài)分布，用數學(xué)期望與方差就可予以描述的；也不是馬爾可夫或布畦松隨機變量型；很明顯一個(gè)因素是受?chē)H政治氣候突變的強烈影響，……；值得花重金請應用數字家予以探討。

4  石化流程“大異小同”

    上文述及的多級負荷分配的級數劃分，即使同級也因廠(chǎng)家互異而呈現的差別是普遍存在的，這就導致每個(gè)石化企業(yè)ERP主體構架及所涉及的范疇均是大異小同。

    所述的燃料型、化工型、燃料－化工型三種石化企業(yè)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：均是以原油的常減壓分餾為源頭形成多股并流的下游分支。然而，同屬最“單純”的燃料型石化企業(yè)卻因常減壓分餾塔的側線(xiàn)數及位置的不同而有較大的差別。例如，上海煉油廠(chǎng)1號蒸餾裝置的常壓塔和減壓分餾塔各有五根側線(xiàn)。其常壓分餾塔1#側線(xiàn)出常壓汽油，2#側線(xiàn)出航空煤油[注2]，而用作裂解乙烯的原料油―石腦則介于1#、2#側線(xiàn)油之間。如要出石腦油的話(huà)，則可作如下處置：

    1，通過(guò)塔頂回流操作，提高1#側線(xiàn)油的初餾點(diǎn)及干點(diǎn)，使之符合石腦油的餾份范圍而從原來(lái)的1#側線(xiàn)產(chǎn)出；

    2，降低2#側線(xiàn)油的初餾點(diǎn)與干點(diǎn)，而從原來(lái)2#側線(xiàn)產(chǎn)出；

    3，將原來(lái)的1#常壓汽油與2#的航空煤油調合成石腦油。這充分體現了石化生產(chǎn)本質(zhì)是柔性的，完全不同于追求柔性加工的離散工業(yè)！誠然，在化工型的常壓分餾塔設計中確定其第一側線(xiàn)塔盤(pán)位置以專(zhuān)線(xiàn)分餾出用作裂解乙烯原料的石腦油。附帶提及，軍用魚(yú)雷（快艇）用油也是出自常壓分餾塔2#側線(xiàn)，只是決定其餾份范圍的初餾點(diǎn)與干點(diǎn)不同于航空煤油而已。上煉廠(chǎng)1#蒸餾的常3線(xiàn)出輕柴油[注2]，常4#側線(xiàn)出柴油[注2]……，而其減壓分餾塔各側線(xiàn)油分別再作以下二次加工：作潤滑油料，催化裂化（FCC）料及重油催化裂化料，加氫裂解料；而減壓塔塔底出料則作延遲焦化料，在“榨出”焦化汽、柴油餾份之后變成石油焦（固體成品，實(shí)質(zhì)上是間歇加工過(guò)程），成為煉高級合金鋼的燃料（因為無(wú)灰份殘留）或者加工成鋪公路用瀝青或防水涂層。

    注2：所述各側線(xiàn)油均是半成品油，是作該對應成品油的調合主料。

    原同為燃料型的鎮海石化煉油廠(chǎng)則有所不同，沒(méi)有潤滑油產(chǎn)品；其減壓塔側線(xiàn)出料直接供作催化裂化原料油，形成（常）減壓～催化裂化聯(lián)合裝置。后來(lái)一部分減壓側線(xiàn)油作為加氫裂解料制造芳烴。而其減壓塔底的渣油則是作其化肥廠(chǎng)的渣油氣化原料。順便提及，同樣的渣油氣化的裝置與工藝，僅操作參數不同，在化肥廠(chǎng)用以制H₂及CO（CO再變換，CO＋H₂O→H₂+CO₂，H₂是合成氨原料，而CO₂是制尿素的原料），而將附產(chǎn)物炭黑返回重新氣化；可是在制造輪胎的原料的炭黑廠(chǎng)卻是作主產(chǎn)物。這充分說(shuō)明石化加工的本質(zhì)是柔性的。

    所謂二次加工就是將重油餾份的長(cháng)C鏈截成短碳鏈的輕餾份。用催化裂化方法加工是將長(cháng)碳鏈截成短碳鏈時(shí)沒(méi)法接續的碳鏈的碳吸附在催化劑表面上，在催化劑再生時(shí)予以燒掉；而加氫裂化則在截成短碳鏈時(shí)從斷裂處用H接續其被截斷時(shí)空下來(lái)的碳鏈，形成上佳的加氫汽、柴油。顯然，這二種使重餾份輕化的二次加工途徑不一，其所涉及的原料消耗、加工設備及流程長(cháng)短、所耗能源的多少、加工用時(shí)與人力投入以及設備折舊等一系列ERP應該考慮的因素也大不相同。初看起來(lái)，催化裂化的二次加工是將重餾份變輕的多余的碳燒掉而原料較費，而加氫裂化產(chǎn)加氫汽、柴油的二次加工似乎充分利用了重餾份油而合算?？墒?，這些作為加氫的H2是怎么來(lái)的？?jì)H靠初頂汽油進(jìn)行鉑（催化劑）重整（將輕餾份的短碳鏈接續）而出高辛烷值汽油的調合料的同時(shí)副產(chǎn)品―H2是遠不夠的，必須用（輕）柴油作原料按合成氨制H2的流程制造出來(lái)，其所涉及的工時(shí)、能耗、成本等等均需予以考慮。另外，據悉同為ERP試點(diǎn)的上海煉油廠(chǎng)與鎮海煉廠(chǎng)還有兩處很大的差異。同為減底渣油進(jìn)行二次加工，上海煉油廠(chǎng)的延遲焦化的支流流程要遠遠短于鎮海煉廠(chǎng)作化肥廠(chǎng)的原料，后者已成一個(gè)獨立分支應在鎮海石化全公司ERP整體中予以考慮。再者，同是加氫裂化的二次加工，使用不同的催化劑、不同的（原料）餾份油及不同的操作條件（例如溫度、壓力等），鎮海煉廠(chǎng)的加氫裂化出料是芳烴料，而上煉是加氫的汽、柴油（主調料）。這又顯示了石化制造加工本質(zhì)是柔性的。

    芳烴中的甲苯經(jīng)歧化（反應）處理變成同分異構的對二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯，因其共沸點(diǎn)而難以用常見(jiàn)的汽?液相變分離的方法分離，而必須借助模擬移動(dòng)床用分子篩液相分離?？傊?，芳烴加工這一流程已不是煉廠(chǎng)的二次加工流程之分支的“尾巴”，而是“尾大不掉”已獨立成鎮海石化ERP的另一分支了！原同為燃料型的上海煉油廠(chǎng)與鎮海煉廠(chǎng)的流程都是如此“大異小同”，那么化工型怎么樣呢？

    在制備乙烯單體過(guò)程中，常壓一線(xiàn)的石腦油被過(guò)熱蒸汽所霧化，后在裂解爐（管）中迅速升溫進(jìn)行（熱）裂解（無(wú)催化劑）后急冷予以分離、壓縮至烯烴廠(chǎng)儲罐（儲存乙烯單體），該乙烯單體由該石化公司的ERP按獲最大利潤的決策分配各并行的下游支流的負荷―所用的乙烯單體流量，分別進(jìn)行聚乙烯、聚乙烯醇、苯乙烯（單體）、氯乙烯（單體）等加工。石腦油被過(guò)熱蒸汽所霧化主要作用是：降低石腦油分壓以便在加熱至較低溫度就可被裂解；另外是保護裂解爐管，減緩其管壁上的“結炭”從而延長(cháng)乙烯裂解爐的“清焦”間隔，也就是說(shuō)該乙烯裂解爐的運行時(shí)間得以延長(cháng)。如果裂解前升溫延緩一些或裂解氣（汽）分離前急冷不夠，不是主反應產(chǎn)物乙烯不夠就是繼續裂解而形成其它付產(chǎn)物居多！這充分說(shuō)明石化加工本質(zhì)是柔性的，甚至是太柔性了！

    苯乙烯單體則需由乙烯（單體）與苯作原料在六層差分式反應器中逐層進(jìn)行差分式進(jìn)料[注3]進(jìn)行苯烴化反應先產(chǎn)出乙苯，由乙苯經(jīng)脫氫反應后才得到苯乙烯單體；較之聚乙烯支流程要長(cháng)得多！而氯乙烯單體制備流程可能還長(cháng)一些；況且氯（氣）來(lái)自電解工業(yè)鹽的電化分廠(chǎng)。揚子石化無(wú)聚氯乙烯產(chǎn)品；上海石化則將其轉給上海氯堿總廠(chǎng)；齊魯石化則把電化分廠(chǎng)予以納入。電解工業(yè)鹽的另一個(gè)主產(chǎn)品之一―氫氧化鈉（純堿或苛性鈉Na(OH)）的制備流程、儲存、銷(xiāo)售等又自成一個(gè)獨立的支流，這又是該石化企業(yè)之ERP必須綜合考慮的“自治領(lǐng)地”。

    注3：現行的汽相法苯烴化反應流程均源自Mobil（美孚石油）公司，筆者對其反應器系統在流程上進(jìn)行了改進(jìn)，已經(jīng)申報了實(shí)用新型專(zhuān)利（申請號為200320041468.6）。在此點(diǎn)明，主要是說(shuō)明石化自控工作者，一旦深入了解工藝，甚至比工藝人員還懂工藝，要達到“自主創(chuàng )新”就沒(méi)什么高不可攀的。

    以上僅是石化流程多樣性之“冰山一角”！同為燃料型的上煉與鎮海煉廠(chǎng)的流程尚有如此大的差異，所以各石化企所擬建的ERP當然是“大異小同”而必須予以區別對待，豈能不管“三七二十一”統一買(mǎi)一批相同的軟件[4]予以對付么？無(wú)視各石化企業(yè)流程、所用原油及產(chǎn)品等的“大異小同”的特點(diǎn)而予以統一處理，筆者不禁懷疑對實(shí)施ERP有否總體規劃？至少，由信息中心以信息化為主體來(lái)實(shí)施ERP似乎欠妥。

    上述石化流程各企業(yè)是“大異小同”，相應的ERP實(shí)施是否已初具就由“小同”來(lái)評判而形成一個(gè)共同的硬指標：所實(shí)施的ERP是否已取代了原來(lái)公司及廠(chǎng)級的人工調度！如沒(méi)有取代，則已歷時(shí)多年且已耗之巨資俱付東流；如若表面是ERP調度，而實(shí)際是背后由原調度人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò )輸入指令與數據，則必須打假！因為：“國家富強，人人有責！

5  石化流程的特點(diǎn)

    (1)  石化流程都是在一組假定條件（例如產(chǎn)品的品種與產(chǎn)量，原料（油）的品位等）按穩態(tài)的物料衡算與熱量衡算予以確定的。在上世紀70年代，提出了按一滴原油的分析數據再結合投資規模以及當時(shí)設備制造能力和市場(chǎng)估計等就可確定整個(gè)石化流程的布局，這就相應于文獻[2]所提及的運用概念設計法的戰略計劃層。筆者認為，先是由布局決策按物料衡算予以初定，然后按熱量衡算予以核定；例如催化裂化加工的附產(chǎn)物―（液化）石油氣或泛稱(chēng)煉廠(chǎng)氣既是全廠(chǎng)乃至全企業(yè)的熱源網(wǎng)之重要燃料，又是一種車(chē)用燃料（LPG）作為產(chǎn)品予以銷(xiāo)售。然而，其產(chǎn)量決定于FCC的產(chǎn)量。由此可以推論，這種物料衡算并與其息息相關(guān)的熱量衡算必須按優(yōu)化指標反復迭代至收斂點(diǎn)―穩態(tài)平衡點(diǎn)。無(wú)疑，這種穩態(tài)平衡點(diǎn)，既包括了作最優(yōu)的多級負荷的分配，也包括了各支流的最佳負荷與相應的操作參數（例如反應溫度、壓力、空速等等），處于這種穩態(tài)平衡點(diǎn)，企業(yè)獲利最優(yōu)。而一旦偏離原定的條件，例如原油的品位變化，某種產(chǎn)品需求及價(jià)位的變化等，就要按新的條件（輸入）由ERP尋求新的穩態(tài)平衡點(diǎn)尋求最大利潤。至于偏離原定的條件到多少，即原料市場(chǎng)與產(chǎn)品市場(chǎng)兩個(gè)輸入子系統變化到多大時(shí)才啟動(dòng)ERP這個(gè)龐大的隨動(dòng)系統，這就等同于文獻[1]所提及的該ERP的穩定性與靈敏度的權衡折衷的問(wèn)題，既涉及到企業(yè)經(jīng)營(yíng)策略，更涉及到一些支流加工，例如聚氯乙烯產(chǎn)品支流或加氫裂化支流，乃至整個(gè)ERP系統的動(dòng)力學(xué)的處理；因為每個(gè)支流所涉及的加工時(shí)間與平衡穩定時(shí)間與難度是大不相同的。能有現成的軟件解決這個(gè)問(wèn)題嗎？據筆者所知，現有ERP的軟件開(kāi)發(fā)者，大多乃至全是化學(xué)工程方面的行家，他們的行業(yè)特點(diǎn)是基本上不考慮動(dòng)態(tài)平衡的，以致筆者懷疑所提出這類(lèi)問(wèn)題是否被意識到乃至理解。

    (2)  石化流程主要涉及兩種加工過(guò)程：

    一是發(fā)生物性改變的化學(xué)反應過(guò)程；

    另一是分離（凈化或提純）過(guò)程。當被分離的物質(zhì)是同分異構體的話(huà)，則用分子篩進(jìn)行物理分離（像色譜儀那樣對被分離的物質(zhì)吸附后按時(shí)序并逐一解析）。常見(jiàn)的是在二元精餾塔或多側線(xiàn)分餾塔內借助于物態(tài)發(fā)生相變予以實(shí)施的。無(wú)論是哪種過(guò)程，均伴有巨大的熱量轉移，以致大多數過(guò)程常在高（低）溫度/高（負）壓下的大容量塔器內進(jìn)行。為了降低能耗，不但大多數生產(chǎn)設備（反應器或分離用塔群）本身的入口物流與出口物流進(jìn)行換熱；而且全廠(chǎng)性能源網(wǎng)（蒸汽、燃氣）將整個(gè)流程各生產(chǎn)裝置首尾勾連。這不僅造成單套裝置（設備）內部的反饋（大多是正反饋），加劇其熱不穩定性而造成飛溫（溫度失控），甚至有關(guān)ESD動(dòng)作而停車(chē)；而且還造成一個(gè)工段各設備之間甚或整個(gè)流程各工段之間的相互關(guān)聯(lián)。

    顧及到各設備運行周期不一致，（例如大型化肥廠(chǎng)的尿素塔鈦襯底常需檢修而使其運行周期比合成氨部分短）；另外顧及生產(chǎn)安全（常處于易燃易爆環(huán)境）而將整個(gè)工藝（支）流程劃分成若干個(gè)工段，各工段之間常以?xún)逓榉纸缇€(xiàn)，一個(gè)工段就是一套生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)單元，基本上減輕了各工段之間的互相耦合關(guān)聯(lián)。但即使這樣，像電網(wǎng)電壓常有波動(dòng)一樣，全廠(chǎng)性能源（及/或燃料）網(wǎng)壓力波動(dòng)的影響還是存在的，而每個(gè)工段內各設備本身的內部反饋（例如進(jìn)、出口物流的換熱所引起的）及設備之間的耦合仍存在，所以應對一個(gè)工段內各設備有關(guān)參數進(jìn)行整體平穩控制和描述。

(3)  為了生產(chǎn)安全常配備ESD

    由于生產(chǎn)流程長(cháng)、容量大且其中有些裝置對其內的溫度、壓力變化限速且整個(gè)流程達成穩態(tài)平衡后才能正常生產(chǎn)運行（例如開(kāi)動(dòng)FCC，在投料前讓催化劑活化及流化至運行狀態(tài)耗時(shí)約36小時(shí)左右），一個(gè)石化分廠(chǎng)不但開(kāi)工時(shí)間長(cháng)而且有專(zhuān)用的開(kāi)工流程（管線(xiàn)）―費時(shí)、費料、耗能，正常運行后力求長(cháng)時(shí)間穩定運行。然而，由于常處于高溫、高壓及易燃、易爆的環(huán)境，當發(fā)生事故或異常到需停車(chē)時(shí)必須停車(chē)，以短時(shí)的停車(chē)損失避免毀滅性災難，這時(shí)則仰仗于“消防隊”――ESD（緊急停車(chē)裝置）。

    但是，ESD是把“雙刃劍”，在裝置投運之初或未能很好調整時(shí)，常會(huì )在不應停車(chē)時(shí)也會(huì )自動(dòng)停車(chē)，例如國內在上世紀70年代末引進(jìn)的13套大化肥的一段轉化爐的水碳比ESD就是如此，導致操作工常把其旁路“掛起”，如何解決這種“雙刃劍”的問(wèn)題，就是石化生產(chǎn)（尤其在新的生產(chǎn)流程投運初期）面臨的實(shí)際問(wèn)題，能避免意外停車(chē)，其實(shí)效要遠遠大于A(yíng)PC或優(yōu)化項目。這個(gè)問(wèn)題先不予解決，石化ERP就免提了吧。憶及吉林石化一廠(chǎng)爆炸所造成的影響及波及面，筆者將在后面議及預聯(lián)鎖時(shí)解決這個(gè)問(wèn)題。

(4)  石化生產(chǎn)裝置（設備）是大容量的多維的分布參數對象

    石化生產(chǎn)裝置（設備）常見(jiàn)的僅兩種―反應器和分離設備，它們大多都是大容量的、多維的分布參數對象。

    石化生產(chǎn)中的化學(xué)反應除熱裂解、酸堿中和等反應之外，大多都是在催化劑作用下發(fā)生的。熱裂解反應有：石腦油在被過(guò)熱蒸汽霧化后被裂解成乙烯等烴類(lèi)物質(zhì)；減底渣油被10MP高壓、高溫的過(guò)熱蒸汽霧化后被10MP的高壓液態(tài)氧燃燒高達1500℃左右高溫被裂解為CO、H₂及炭黑等。在催化劑作用下的大多是氣相反應，按催化劑使用的方式不同大致可分為三種：

    (1) 固定床反應器，例如加氫裂化反應器，制乙苯的苯烴化反應器及乙苯脫氫制苯乙烯反應器，下面將述及的一段轉化爐反應器等；

    (2) 流化床反應器，例如催化裂反應器（FCC），制備丙稀腈的反應器（其催化劑再生與反應在一個(gè)塔體內進(jìn)行）等等；

    (3) 高效催化劑納于產(chǎn)品之中的單體聚合反應，例如聚乙烯、聚丙烯等。

    以固定床反應器為例，大多為圓筒型或直柱型；內填催化劑，反應物在催化劑顆粒內空間（產(chǎn)生吸附還是分子碰撞等至今尚未明確的微觀(guān)機理）發(fā)生化學(xué)反應變成產(chǎn)物的同時(shí)伴隨有熱量的轉移。這些產(chǎn)物與尚未反應的反應物沿固定床層下移的同時(shí)，未反應的反應物繼續在不同的濃度與溫度下繼續反應同時(shí)也產(chǎn)生反應熱（放熱或吸熱），直至出口。這樣，產(chǎn)物的濃度沿著(zhù)床層下移逐漸積累而呈現為積分型反應（器）。然而，阿累尼斯方程表明：當產(chǎn)物隨床層的深入（增加）而增加和反應物濃度隨之降低的同時(shí)，其反應的推動(dòng)力按指數型曲線(xiàn)減小，即反應速度也隨之下降，伴生的反應熱也發(fā)生相應的變化，致使反應溫度也沿床層變化而形成沿反應床層的軸向分布。此外，催化劑活性是其所處的溫度和實(shí)際空速的函數，亦即反應速度會(huì )受到實(shí)際的溫度與空速的影響而為函數關(guān)系，這種類(lèi)似的“先有雞、還是先有蛋？”的爭論則難分伯仲。至少在反應床層沿徑向的空速（與物料負荷息息相關(guān)）也是不一樣，何況這還直接取決于催化劑裝填（亂堆）情況，致使沿床層徑向存在反應物、產(chǎn)物及反應溫度的分布。而催化劑在裝填入反應器內之后還要從鈍化狀態(tài)予以激活（一般約需24小時(shí)以上）后，其活性隨時(shí)間還有一個(gè)從上升到衰退的漸變過(guò)程。

    就常見(jiàn)的，用液?汽相變實(shí)施的物質(zhì)分離的塔器而言，其本身就是依靠從塔頂溫度到塔底溫度的由低至高的溫度變化，使低沸點(diǎn)的“輕”物質(zhì)從頂（或上）部餾出，高沸點(diǎn)的“重”物質(zhì)由底（下）部餾出。多側線(xiàn)的常、減壓分餾塔對本質(zhì)是復雜的混合物的原油分餾就是依靠沿塔軸向（縱向或頂－底向）的不同溫度分布實(shí)施分餾的，唯一不同的是采用專(zhuān)用的浮閥塔盤(pán)，每塊塔盤(pán)上的各浮閥開(kāi)啟程度隨物流的流量（或流速）而定，顯然有明顯的非線(xiàn)性特性。過(guò)去常見(jiàn)的用于二元精餾的泡罩、篩板等塔型現多被填料塔所取代。在填料塔中的填料基本上是亂堆的，這就造成流經(jīng)填料的汽、液相物質(zhì)接觸時(shí)所發(fā)生傳熱伴隨傳質(zhì)的分離過(guò)程無(wú)以從微觀(guān)上逐一描述（例如，過(guò)去對二元精餾塔的逐板計算等），而只能從宏觀(guān)上安裝溫度計予以檢測。用填料取代固定型的塔板就是增加了被分離物質(zhì)的汽、相接觸面積而易于分離，其沿塔的軸向的溫度分布是不言而喻的，而沿徑向的溫度分布肯定也是存在的，但難以說(shuō)清楚，因為在亂堆的填料內及填料間的汽、液流動(dòng)無(wú)以定量描述。

    不言而喻，無(wú)論是發(fā)生物性變化的化學(xué)反應還是發(fā)生物態(tài)變化的物理分離或凈化、提純加工，如能對其餾出物進(jìn)行組份控制則是最為理想的。然而，現在用的工業(yè)分析儀器大多難以長(cháng)期進(jìn)行在線(xiàn)的快速分析、檢測，故只能按其能予檢測到的溫度、壓力、流量、液（料）位予以間接控制；而且只能在有限位置安排若干個(gè)在一定條件下有代表的測點(diǎn)對這些參數進(jìn)行檢測，諸如所謂熱點(diǎn)、敏點(diǎn)的溫度檢測。而據此測量點(diǎn)的測量值（集中參數的測量值）進(jìn)行數學(xué)描述――數學(xué)模型。穩態(tài)條件下的這種數學(xué)模型就是APC或名校博導、教授們賴(lài)以進(jìn)行“優(yōu)化”的基礎；其動(dòng)態(tài)條件下的數學(xué)模型常以“二階加純滯后”予以描述，例如，（下面擬描述的一段轉化爐）反應器的溫度（T）作為控制對象，其動(dòng)態(tài)特性燃料量～反應器出口溫度之間動(dòng)態(tài)特性常用拉氏變換式表示為：

   

    其中，K為放大系數；T₁、T₂代表（反應器的出口溫度）容量滯后的時(shí)間常數；τ代表加熱燃料的變化至反應器出口溫度變化的）傳遞滯后，即純滯后。

    顯然，K、T₁、T₂、τ既與反應器容量、反應物、產(chǎn)物的等容（壓）比熱、千克分子反應熱（吸熱）、生產(chǎn)負荷等密切相關(guān)，而且與燃料的發(fā)熱值與傳熱狀況息息相關(guān)，其與生產(chǎn)負荷呈現明顯的非線(xiàn)性，以致一般都有這樣概念：石化產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗隨其產(chǎn)量的增加而降低。乙烯工業(yè)從14萬(wàn)噸/年→30萬(wàn)噸/年→60萬(wàn)噸/年→90萬(wàn)噸/年就是例證。

    這種用集中參數來(lái)定量描述實(shí)質(zhì)是多維的、時(shí)變的分布參數的對象，只能在一定條件下被無(wú)奈而差強人意地予以接受。但是，在筆者剛開(kāi)始工作時(shí)，還是奉作“圣條”，在生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行過(guò)影響生產(chǎn)的加階擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)測試；雖然，后來(lái)改為用“偽隨機碼”對生產(chǎn)工況影響相對較小的動(dòng)態(tài)測試，但發(fā)覺(jué)其對現場(chǎng)使用意義不大而不再進(jìn)行何現場(chǎng)測試了。憑借現場(chǎng)經(jīng)驗的積累和對石化生產(chǎn)本質(zhì)的理解加深，僅是在確定方案比較及投運前的仿真演練時(shí)予以采用，其中K、τ、T₁、T₂都是根據具體（對象）設備予以假定，而絕不作為整定參數的依據。

    石化流程以上的特點(diǎn)，大概在有關(guān)刊物和書(shū)籍中少有直接描述，筆者完全是憑多年的對石化生產(chǎn)的不斷理解予以描述。其中有關(guān)石化的對象大多是多維的分布參數對象的描述基本上出自于石化控制角度的審視結果。石化生產(chǎn)設備多為多維分布參數對象就是下面擬分析的石化APC或優(yōu)化難以取得實(shí)效的主要原因。

6  石化APC或優(yōu)化難以取得實(shí)效的原因及可能的對策

    (1)  把實(shí)質(zhì)上是多維的分布參數對象“無(wú)奈地”用集中參數對象予以描述，已經(jīng)差強人意了！

    (2)  有關(guān)APC或優(yōu)化均是在穩態(tài)條件下成立的，實(shí)際的生產(chǎn)運行狀況是否常保持在穩定平衡的狀態(tài)下？這既涉及到實(shí)際生產(chǎn)設備的基礎控制是否平穩，也涉及到實(shí)際運行條件難以平穩在這些APC或優(yōu)化軟件所能承受的波動(dòng)范圍之內，（例如下面實(shí)例中要描述的一段轉化爐出口溫度控制）。前者涉及APC或優(yōu)化的基礎條件是否具備并長(cháng)久保持，后者則根本不具備APC或穩態(tài)優(yōu)化的條件。

    (3)  石化流程本身就是在一組假定條件（或狀態(tài)下）按優(yōu)化指標予以設計的，只是在偏離這些假定條件下由APC或穩態(tài)優(yōu)化尋找新的可控（可操作）的參數的工作點(diǎn)使之達到優(yōu)化（或次優(yōu)）指標。顯然，即使達到這種穩態(tài)優(yōu)化狀態(tài)，其效益也是非常有限的。所以即使APC或穩態(tài)優(yōu)化有所效益相對于多級負荷分配“抱西瓜”而言是“撿芝麻”。據此，一些“聰明”的教授、博導們在國家攻關(guān)項目中的收益大多是“0.5％”。低于0.5％則收效太小而爭取不到項目，高于0.5％則達不到而難以交帳；而不多不少0.5％是不會(huì )露“馬腳”的，因為工業(yè)計測儀表的精度多是0.5％，顯示不出實(shí)際收效也是精度范圍之外而可以蒙混過(guò)關(guān)！

    (4)  APC或優(yōu)化軟件編制者對所描述的工藝對象是否有真正的理解與認知？例如，前面所述及的石化流程各工段或生產(chǎn)單元因內部存在關(guān)聯(lián)而應予以整體考慮，其工作量與研發(fā)范圍顯然要比單個(gè)設備（例如FCC的反應－再生部分）要大得多，不是一屆研究生所擔負得了的，而下一屆研究生不愿重復上一屆研究生的課題則是合理的慣例而情有可原。這當然難以取得實(shí)效了！某名校博導，“九五”期間曾獲得國家八位數投資的攻關(guān)項目――FCC優(yōu)化項目，是否取得實(shí)效無(wú)以恭維，但只要觀(guān)察一下該煉廠(chǎng)FCC單元的回煉比有否降低及降低了多少，便直接得知有否實(shí)效了！

    (5)  一些APC或優(yōu)化軟件可能使用到多變量預估預測方法，但是歸根結底還是要使用現場(chǎng)設備所使用固定位置安裝的檢測儀表的實(shí)測數據。而前已述及當實(shí)際運行條件偏離原設計的條件較遠時(shí)，這些定點(diǎn)測量值本身就失去代表性而成為“瞎子點(diǎn)燈”了！可能會(huì )辯解說(shuō)，有模型辨識與修正。對此，筆者奉勸一句話(huà)，不深入了解工藝，一切數學(xué)方法都會(huì )成為數學(xué)游戲！君不見(jiàn)，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )法曾鋪天蓋地充塞于幾乎所有有關(guān)刊物，現在似乎有點(diǎn)“偃旗息鼓”了。筆者對該方法稍作了解后，就得出這樣的結論：“在概念上，這是有反饋的最小二乘法?！本尤坏玫絼偖厴I(yè)的博士助手的認同（約10年前）?？傊?，不深入了解具體工藝，一切APC和優(yōu)化方法都是徒勞的。
   
    綜上所述，可能給讀者諸君造成一個(gè)錯覺(jué)，認為筆者是在全盤(pán)否定石化APC及優(yōu)化。非也，結合各企業(yè)的具體工藝條件并深入了解并認知以后逐一實(shí)施，在下面一節敘述的合成氨廠(chǎng)一段轉化爐的水碳比控制，三個(gè)廠(chǎng)家不同的具體條件就做了三種不同的方案予以處理，取得了實(shí)效。對于石化APC及優(yōu)化要取得長(cháng)久的實(shí)效，筆者認為應采取以下對策。
 
    (1)  深入現場(chǎng)，徹底了解工藝，根據不同的工況，例如高、中、低負荷下（直接涉及決定催化劑活性的自變量之一的實(shí)際空速以及填料內、外的汽、液流速）的穩態(tài)數據逐一建立模型，并確定各自在穩態(tài)和某些參數動(dòng)態(tài)波動(dòng)下的適用范圍，屆時(shí)根據具體工況予以自動(dòng)切換或人工切換，這也是ERP按多級負荷分配所要求的：按ERP決策，利潤大的產(chǎn)品對應的生產(chǎn)支流程可能滿(mǎn)負荷甚至超負荷，而利潤少甚或虧本的產(chǎn)品對應的生產(chǎn)支流程是低負荷甚至關(guān)停。至于根據模型的優(yōu)化方法就勿須多言了。再一次強調：一是深入了解工藝，甚至比工藝人員還要深入；二是從一個(gè)工段或一套生產(chǎn)裝置整體考慮，例如FCC，不僅考慮反應一再生部分，后續的分離與穩定塔群等要一體考慮，因為考核其效益的“回流比”是直接取決于后者的返回量（回煉量）。顯然，工作的難度與重度要大許多，僅由研究生作“蜻蜓點(diǎn)水”下現場(chǎng)滿(mǎn)足其論文要求即可是無(wú)以交帳的！

    (2) 建立一支專(zhuān)業(yè)隊伍。其中，現場(chǎng)的專(zhuān)業(yè)人員是主角，除負責日常維護之外，必須保證對應生產(chǎn)裝置長(cháng)久平穩運行，這既必須對基本控制回路予以恰當處理，例如控制方案；也包括參數整定。相應的APC與優(yōu)化軟件的維護與調整、操作，應盡可能吸收工藝技術(shù)人員參與。誠然，集團公司應聘一些既有真才實(shí)學(xué)、又有豐富現場(chǎng)經(jīng)驗的石化“老把式”的專(zhuān)家作為顧問(wèn)，隨時(shí)應下面企業(yè)的要求予以指導、處置。無(wú)疑，這就是[1]中所提及的“……帶出一支技術(shù)專(zhuān)業(yè)隊伍?！睕](méi)有這種專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才作后援，再先進(jìn)的技術(shù)也是難以持久的！成批買(mǎi)軟件交付下面使用能建立這種技術(shù)隊伍嗎？

7  實(shí)例

    由烴類(lèi)原料制H₂的流程既常見(jiàn)于大型氨廠(chǎng)，也常見(jiàn)于石化廠(chǎng)的加氫裂解制H₂。這種烴類(lèi)原料在煉廠(chǎng)多為輕柴油，在化肥廠(chǎng)大多是天然氣或油田氣。這種制H₂裝置在化肥廠(chǎng)通稱(chēng)為一段轉化爐，之所以稱(chēng)轉化爐是如圖1所示轉化反應器在爐子里；它是大型化肥廠(chǎng)的“心臟”，不但體積最大，而且13套大化肥引進(jìn)時(shí)頻繁發(fā)生聯(lián)鎖跳車(chē)而波及正常生產(chǎn)。筆者先后在四川化工廠(chǎng)、大慶化肥廠(chǎng)及齊魯石化第二化肥廠(chǎng)成功地解決了這個(gè)問(wèn)題。四川化工廠(chǎng)的原料是天然氣，成份比較穩定；大慶化肥廠(chǎng)則使用大慶油田的油田氣，成份也比較穩定；而齊魯二化雖使用勝利油田的油田氣，但油田常啟動(dòng)冷凍裝置將其中的丙烷（）抽走，而使至化肥廠(chǎng)的原料氣的有效含碳的濃度從102％→120％大幅度變化而困擾該廠(chǎng)正常生產(chǎn)運行。應廠(chǎng)家要求，筆者成功地解決了問(wèn)題，詳情請見(jiàn)文獻[8]。這套水碳比預聯(lián)鎖智能型系統是1989年5月下旬正式投運的，一直平穩運行至今已達17年了，期間未曾發(fā)生過(guò)一次因水碳比值及透平103J的防喘振跳車(chē)，而每小時(shí)可節減4～5噸中壓（4MP）蒸汽，可以說(shuō)是相當成功的吧！相反，同時(shí)投運的一段爐出口溫度（實(shí)際是轉化器集結管出口溫度）控制系統盡管采取了負荷前饋及燃料燃值計算等方法，卻常在780℃±8℃之間波動(dòng)，難免差強人意。究其原因，恰恰驗證了6中的論述。

烷烴類(lèi)與水蒸汽地轉化反應如下：

    CH₄(甲烷)＋H₂O＋Q₀(反應熱，吸熱)→CO＋3H₂

    C₂H₆(乙烷)＋2H₂O＋2Q₀(反應熱，吸熱)→2CO＋5H₂

    C₃H₈(丙烷)＋3H₂O＋3Q₀(反應熱，吸熱)→3CO＋7H₂

    工藝流程大致如下：脫硫后的油田氣經(jīng)高壓透平壓縮機升壓至4.0MP后在匯合點(diǎn)與來(lái)自4.0MP的蒸汽管網(wǎng)的中壓蒸汽按要求的比例（水/碳比值）匯合后進(jìn)入轉化爐管（排）。每根轉化爐管的內徑約12cm，長(cháng)度15米，系特種高質(zhì)合金鋼鑄成。每根轉化爐管內均裝填有催化劑，形成直柱式固定床反應器。每排有40根爐管，共有10排計400根爐管，共有11排火咀燃燒供熱，兩排火咀夾一排爐管；中間的每排火咀系頂、底兩排，火苗中心在頂層下（底上）的5米左右，全是人工手動(dòng)（閥）調節。為充分利用熱量，一段轉化爐內（頂）有一輔助鍋爐產(chǎn)生11MP的高壓蒸汽驅動(dòng)高壓透平壓縮機101J～103J（原料氣壓縮機），其泛汽供4.0MP左右的中壓蒸汽管網(wǎng)作全廠(chǎng)能源網(wǎng)之一，驅動(dòng)泵、一段爐的原料之一的供汽（約占全廠(chǎng)用汽的1/3）以及尿素用汽（占總量的1/3）。這種蒸汽自產(chǎn)（半）自用的狀況構成了裝置內部的正反饋[8]。（因為按照物料衡算與熱量衡算，負荷量（油田氣kNm³/h）變化是作為出口溫度（串級）系統內環(huán)的燃料流量控制回路的前饋量予以引入的，當負荷量減小時(shí)其供熱量也相應減少而致產(chǎn)汽量也隨之減少?。?。

    一段轉化爐一般主要有兩個(gè)控制參數：一是入爐管的原料氣與水蒸汽形成的混和氣的水碳比值（公斤水分子/公斤碳原子），另一是轉化氣的出口溫度（圖1中的T）。初看起來(lái)，這是非常簡(jiǎn)單的常規控制而無(wú)須“殺雞用牛刀”，但實(shí)際并非如此。曾列為上海十大青年科技精英的某博導、教授因在某廠(chǎng)現場(chǎng)導致水/碳比聯(lián)鎖動(dòng)作而導致全廠(chǎng)停車(chē)的事故屬重大操作事故，當即被上報至石化總公司的總調度。

    轉化爐管內的催化劑對反應物的水/碳比值十分敏感。當這個(gè)比值（公斤水分子/公斤碳原子）≤1.5并維持7秒鐘以上時(shí)即聯(lián)鎖跳車(chē)（實(shí)際跳車(chē)聯(lián)鎖值≤2.5，是加上了后續脫碳CO+H₂O→CO₂＋H₂的一個(gè)水分子）；否則，觸媒會(huì )被永久性結炭而板結成塊，不但其活性喪失，而且堵塞爐管，要用鋼釬逐一鑿通，其后果可想而知。從上面的轉化反應可知，1個(gè)甲烷只需1個(gè)水分子，而1個(gè)丙烷則需配3個(gè)水分子。對二化肥而言，油田的冷凍裝置的啟停是隨意而不通知的，其原料氣的有效碳含量（CO₂除外，但占量極?。﹦t隨機地在102％～120％之間波動(dòng)。面對這種情況當按102%配蒸汽量時(shí)則一旦升至120%時(shí)會(huì )造成水碳比過(guò)低，不是脫碳缺水，就是可能導致聯(lián)鎖跳車(chē)；當按120%配蒸汽量時(shí)則不但能耗大增而且因反應爐管內的有效空間被蒸汽所占而影響產(chǎn)量。在廠(chǎng)方用一臺在線(xiàn)的工業(yè)色譜儀對混合氣的水/碳（比值）進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)分析測量的前提下，筆者在深入了解工藝之后設計了一套“兼具預聯(lián)鎖的智能型水碳比值控制系統”[8]。其中，既包含了區分了標稱(chēng)負荷（kNm³/h）和實(shí)際的質(zhì)量流量的實(shí)際負荷（公斤碳原子/小時(shí)）的計算與加/減負荷時(shí)運用與實(shí)際水碳比值的計算,也包括了后續馳放氣中返氫量從脫硫后加至原料氣中予以等量扣除（因為返氫不參與一段轉化反應），致使當場(chǎng)人工取樣分析的水/碳（比值）與DCS所顯示的水/碳（比值）吻合至小數點(diǎn)后第二位，才得到廠(chǎng)方認可！這僅僅只解決了原料氣有效成份波動(dòng)所帶來(lái)的問(wèn)題。

    圍繞一段轉化爐的水/碳（比值）的控制，原設計有三個(gè)聯(lián)鎖動(dòng)作，

    一是原料氣流量過(guò)低（因負荷低生產(chǎn)時(shí)能耗太大）的聯(lián)鎖；

    二是原料氣壓縮機（103-J）的防喘振聯(lián)鎖；

    三是入轉化爐管的混合氣之實(shí)測水/碳≤2.5且持續到7秒鐘的聯(lián)鎖動(dòng)作。后者由原料氣有效含碳量大幅上升的誘發(fā)因素雖已按上述予以擺平；但是因4MP中壓蒸汽管網(wǎng)的壓力閃絡(luò )式下跌（例如，尿素啟動(dòng)開(kāi)車(chē)等突然使管網(wǎng)負荷大增而造成的如電網(wǎng)電壓樣的閃絡(luò )），致使在會(huì )合點(diǎn)（圖1中A），入爐蒸汽被仍是4.0MP的原料氣所堵擠而使入爐的水/碳比值迅速下降而誘發(fā)聯(lián)鎖跳車(chē)。這時(shí)就必須自動(dòng)啟動(dòng)預聯(lián)鎖方案，按[8]所述，當實(shí)際水/碳比值下降至2.7左右時(shí)，則自動(dòng)減小原料閥（I）的開(kāi)度，即減小全廠(chǎng)負荷（標稱(chēng)），使閥I的壓降增大，直至在會(huì )合點(diǎn)A處的原料氣與蒸汽壓力相等使實(shí)測水/碳（比值）迅即回升為度。亦即，在正常狀況下，只調節蒸汽量而不動(dòng)原料氣（閥）量，因為后者標志全廠(chǎng)的負荷，只有待水/碳（比值）因蒸汽網(wǎng)壓力突降而下降至聯(lián)鎖值前的預定點(diǎn)時(shí)才預先減小原料閥（I）的開(kāi)度而避免聯(lián)鎖動(dòng)作，這就是預聯(lián)鎖概念！可能是筆者率先提出并成功應用于現場(chǎng)。與此同時(shí)，還要考慮其它因素，例如，當此處實(shí)施預聯(lián)鎖而關(guān)小原料閥I時(shí)，速度不宜過(guò)快，否則會(huì )導致透平壓縮機103-J喘振跳車(chē)而前功盡棄；再者，原來(lái)的原料氣量過(guò)低的聯(lián)鎖應取消而永遠不用?？赡苡腥藭?huì )問(wèn)，這會(huì )不會(huì )使一段轉化爐內部產(chǎn)生正反饋而導致熄火。一般不會(huì )！原因有是：一方面爐子的熱容量大，這種短時(shí)影響基本上被“濾”掉了；另外是中壓蒸汽管網(wǎng)的壓力閃絡(luò )式下跌是非常短暫的！

    顯然，采用預聯(lián)鎖措施，可使ESD的“雙刃”變成“單刃”而不會(huì )被“掛起”了，吉林石化爆炸事件可免之。

    一段爐出口溫度的平穩控制則差強人意，其原因是：

    (1) 典型的分布參數對象；

    (2) 缺乏檢測、控制手段，不但每根爐管內無(wú)法裝熱電偶，就連每一排（40根爐管）的集氣管都沒(méi)有檢測點(diǎn)，僅在總集氣管出口處有一熱電偶作測量及反饋變量；燃料控制僅供氣總管有流量及脫火/失火的控制之外，每排火咀全是手動(dòng)閥由人工控制供氣量及火苗中心的高度。顯然，出口爐溫難以平穩是“巧婦難為無(wú)米之炊！”

齊魯二化的一段轉化的水/碳比的智能型預聯(lián)鎖控制完全取得成功歸因于以下幾點(diǎn)：

    (1)  水/碳比值是一個(gè)集中參數而絕非分布參數；

    (2)  對工藝的深入、徹底了解，尤其是標稱(chēng)負荷與實(shí)際負荷的往返準確折算與返氫量扣除的精準計算；

    (3)  現場(chǎng)的精心維護與保持。該廠(chǎng)現任儀表車(chē)間主任就是參與實(shí)施這套控制方案的，尤以中壓蒸汽流量單回路的參數整定，全是靠其擺平的。順便提及，這種管網(wǎng)的壓力波動(dòng)將波及全廠(chǎng)，必須十分小心謹慎。

    附帶告知，筆者當時(shí)是在化工部化工研究院與該廠(chǎng)簽訂的合同（僅4萬(wàn)元），廠(chǎng)方認可后才付款的。相形之下，那些名校博導、教授們以石化優(yōu)化項目為名從國家獲取8位數的經(jīng)費卻在評審代表報到時(shí)送上簽名費而輕易過(guò)關(guān)，實(shí)效呢？又，由上面成批買(mǎi)軟件交下面使用，有這種效果嗎？

8  石化ERP應怎樣設計實(shí)施

    見(jiàn)[1]。欲詳，“現場(chǎng)搭脈后，再開(kāi)處方”。

    后記：曾備受原東家歧視的筆者卻領(lǐng)受在全球500強排位較其少了個(gè)“0”的外國大公司投書(shū)求教，在[1]中曾坦言就建石化ERP技術(shù)統領(lǐng)一職愿響應國內外任何人挑戰，以答謝石化事業(yè)40多年的培育。沒(méi)能獲得機會(huì )，就以此文略盡綿??；好在還有另一高新技術(shù)領(lǐng)域的混亂局面，有待“玉宇澄清”，以揚國威。

參考文獻：

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    [3] 王凌,王雄,金以慧. MES―流程工業(yè)CIMS的發(fā)展關(guān)鍵[J]. 化工自動(dòng)化與儀表, 2001(4):1-4.

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    [8] 鐘霖田. 兼具預聯(lián)鎖的智能型水碳比值控制系統的實(shí)施[J]. 煉油化工自動(dòng)化, 1991(4):2-7.