1    項目背景介紹

東明石化化工公司主要包括8個(gè)分廠(chǎng)，共20多套主要生產(chǎn)及配套裝置。其中勁?；す?5萬(wàn)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化（USC）技術(shù)，分離系統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成開(kāi)式熱泵，深冷分離系統采用先進(jìn)熱集成精餾系統HRS專(zhuān)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(hù)來(lái)說(shuō)，在當前嚴峻的市場(chǎng)競爭環(huán)境下，輕烴生產(chǎn)面臨原料多樣化、同類(lèi)裝置大規模投產(chǎn)、市場(chǎng)頻繁震蕩等挑戰，如何在基礎回路整定與性能管理、先進(jìn)控制、報警管理等控制與工藝管理提升基礎之上，有效利用乙烯的原料，深化工藝過(guò)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(jiǎn)單地歸結為優(yōu)質(zhì)化或劣質(zhì)化。要結合市場(chǎng)情況，從效益最大化出發(fā)，通過(guò)基于全流程嚴格機理模型與SQP非線(xiàn)性尋優(yōu)的在線(xiàn)優(yōu)化技術(shù)，常態(tài)化地開(kāi)展根據原料結構調整裝置生產(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(wàn)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(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化的流程優(yōu)化解決方案。

2    項目目標與原則

·   通過(guò)控制回路整定與性能管理實(shí)現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、穩定性；

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

·   采用先進(jìn)控制APC解決方案，克服系統內變量強耦合、非線(xiàn)性、大滯后、負荷變化、原料性質(zhì)波動(dòng)、燃料氣波動(dòng)等因素的影響，實(shí)現對裝置各工藝參數的平穩控制，進(jìn)一步提高裝置的綜合自動(dòng)化水平；

·   采用實(shí)時(shí)優(yōu)化解決方案，實(shí)現全廠(chǎng)的效益提升，并提供離線(xiàn)機理模型和在線(xiàn)開(kāi)環(huán)優(yōu)化；

3 項目實(shí)施與應用

·   項目規劃：

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

報警管理：建立一套報警管理系統及工具，實(shí)現報警數據采集及報警數據庫建立、報警分級管理、報警監控及展示、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(wú)效報警；

先進(jìn)控制：建立裝置各生產(chǎn)單元多變量模型預測控制器，針對基于實(shí)驗室化驗分析的質(zhì)量指標，建立軟儀表，并將軟儀表結果作為控制器的被控目標，實(shí)現整個(gè)裝置的協(xié)調、穩定控制，并接受RTO提供的優(yōu)化目標值，實(shí)現實(shí)現動(dòng)態(tài)控制與穩態(tài)優(yōu)化結合；

·   實(shí)時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化：建立裝置的嚴格機理模型，并進(jìn)行整定模型、優(yōu)化模型等開(kāi)發(fā)，實(shí)現以經(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(xiàn)性?xún)?yōu)化求解，增加噸乙烯產(chǎn)品效益，實(shí)現裂解爐負荷合理分配及負荷最大化。系統架構圖如下：

·   PID監控整定與報警技術(shù)的主要難點(diǎn)在于裝置為新建裝置，控制回路多，PID參數都采用的是原始值或經(jīng)驗值，很多回路建成后未投過(guò)自動(dòng)，原始控制方案有較多需要優(yōu)化。

·   APC的項目執行難點(diǎn)在于裝置流程長(cháng)，生產(chǎn)單元多，裝置開(kāi)工時(shí)間不長(cháng)，現場(chǎng)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的項目執行難點(diǎn)在于裂解爐進(jìn)料組合多，裂解爐進(jìn)料方式特殊，機理建模難度大

·   實(shí)時(shí)優(yōu)化的項目目的輕烴裝置在線(xiàn)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(diǎn)在于在現有工藝條件約束下找到約束方程，以實(shí)現定期的優(yōu)化，目標函數如下：

4    效益分析

·   PID控制回路自控率 提高到90%以上;

·   裝置無(wú)效報警率降低90%以上；

·   減少操作人員勞動(dòng)強度，操作頻次降低40%以上;

·   關(guān)鍵工藝參數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。

該項目打造了國內大煉化流程行業(yè)全廠(chǎng)從控制回路、到先進(jìn)控制、到閉環(huán)實(shí)時(shí)優(yōu)化的最佳實(shí)踐。

先進(jìn)控制APC

實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO