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先進(jìn)控制技術(shù)在催化裂化裝置的應(yīng)用,1,1、現(xiàn)有裝置概況與課題的提出: 中石化洛陽分公司I套催化裂化裝置于1984年底建成，經(jīng)多次技術(shù)改造蠟油加工能力達(dá)到160萬t/a。顯然提高催化裝置的生產(chǎn)水平對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起著重要作用。但催化裂化工藝由于其過程的復(fù)雜性，很難用精確的反應(yīng)動力學(xué)模型來描述，同時(shí)，現(xiàn)場一般也難于提供可靠的質(zhì)量分析儀表進(jìn)行檢測、分析進(jìn)料組成的變化?；谶@些復(fù)雜的情況，采用DCS的常規(guī)PID控制很難及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)常造成操作波動，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。于是在催化裂化裝置應(yīng)用先進(jìn)控制（APC）技術(shù)就成了眾多企業(yè)提高效益的明智選擇。洛陽石化分公司面對不斷變化的市場需求和運(yùn)行環(huán)境，為了取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，I套催化裂化裝置于2012年5月引入先進(jìn)控制系統(tǒng)。,2,2、先進(jìn)控制系統(tǒng)概況,先進(jìn)控制是通過安裝于計(jì)算機(jī)上的特殊軟件與DCS上的PID調(diào)節(jié)器配合應(yīng)用，對裝置進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，同時(shí)滿足生產(chǎn)中多個(gè)控制要求的技術(shù)。先進(jìn)控制器中包含有裝置信息，根據(jù)來自系統(tǒng)外部的干擾信息和生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)信息，先進(jìn)控制器可以預(yù)測出裝置未來的變化趨勢。先進(jìn)控制在滿足了多個(gè)控制要求之后，能夠根據(jù)操作人員設(shè)置的參數(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綜合效益的最優(yōu)化，最大限度地滿足動態(tài)多變市場的需求，提高目標(biāo)產(chǎn)品的市場競爭力。,3,,,,,,,,,,,,工作原理及特點(diǎn)： 多變量先進(jìn)控制技術(shù)，是以過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其上位機(jī)為實(shí)施平臺，以常規(guī)控制為基礎(chǔ)，突破了常規(guī)PID控制的控制回路各自獨(dú)立的工作模式，以整個(gè)生產(chǎn)裝置或裝置單元為對象，根據(jù)各變量間的模型關(guān)系，利用先進(jìn)控制方法對裝置實(shí)施協(xié)調(diào)統(tǒng)一的控制。 由于先進(jìn)控制把主要被控對象和控制量全部納入控制系統(tǒng)，因而具有良好的跟蹤性能。先進(jìn)控制在偏差控制的基礎(chǔ)上，將過程模型作為控制器內(nèi)部模型，提高過程信息和知識利用率，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。,4,3、先進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)施 3.1 反再分餾先進(jìn)控制器 催化裂化分餾塔的任務(wù)主要是把反應(yīng)送來的油氣混合物按沸點(diǎn)范圍分割為富氣、汽油、輕柴油和油漿等餾分，并保證各個(gè)餾分的質(zhì)量符合規(guī)定的要求。 反再分餾先進(jìn)控制器運(yùn)行周期為1分鐘，控制器見下圖：,5,反再分餾先控系統(tǒng)操作畫面 ：,6,分餾系統(tǒng)先進(jìn)控制器主要有以下控制指標(biāo)：,1）重要變量平穩(wěn)控制。包括分餾塔頂溫度、塔底溫度、各側(cè)線抽出溫度以及回流罐液位和塔底液位的平穩(wěn)控制。 2)質(zhì)量卡邊控制。通過利用基于過程動態(tài)數(shù)學(xué)模型的軟測量技術(shù)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)給出分餾塔塔底液位、溫度及各產(chǎn)品質(zhì)量，將其控制在合格的范圍內(nèi)，并對粗汽油、輕柴油產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)質(zhì)量卡邊控制。 3）多變量協(xié)調(diào)。在各種工況下，自動選擇操作變量MV，使其被控變量CV達(dá)到控制要求，使操作變量及其相關(guān)變量不超限。 4)實(shí)時(shí)優(yōu)化，節(jié)能降耗。在保證塔頂、塔底溫度及產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，適當(dāng)降低塔底換熱器取熱或塔頂回流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。,7,3.2吸收穩(wěn)定先進(jìn)控制器,吸收穩(wěn)定單元的主要作用是加工來自分餾塔頂油氣分離器的粗汽油和富氣，分離出瓦斯和液化氣，并產(chǎn)出合格的穩(wěn)定汽油。由于涉及各塔、分離罐的串聯(lián)操作，上游出料波動會對下游液位產(chǎn)生干擾，有時(shí)候會引起較大波動。設(shè)計(jì)吸收穩(wěn)定先進(jìn)控制器的主要目的是通過實(shí)施非線性液位以及液位速率控制，可以維持各塔、分離罐液位平穩(wěn)，并在給定區(qū)域內(nèi),使上游出料波動減小，變化平緩，這樣對后續(xù)單元操作以及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算都有益處。 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)先進(jìn)控制器運(yùn)行周期為1分鐘，控制器見下圖：,8,吸收穩(wěn)定先控系統(tǒng)操作畫面：,9,吸收穩(wěn)定先進(jìn)控制器主要有以下控制指標(biāo)：,1）上下游協(xié)調(diào)控制。通過實(shí)施液位以及液位速率控制，可以維持各塔底、分離罐液位平穩(wěn)，并在給定區(qū)域內(nèi)，使進(jìn)料流量變化平緩。 2)支路平衡以及液位非線性控制。吸收塔、解析塔和穩(wěn)定塔都存在著支路平衡控制問題，同時(shí)還存在著液位控制問題。因此設(shè)計(jì)了一個(gè)大的非線性液位及支路平衡控制方案，在實(shí)現(xiàn)各支路溫差控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了吸收穩(wěn)定單元各塔液位的非線性控制。,10,4、先進(jìn)控制器的投用,1、控制器的投用 1）檢查，工況正常，儀表數(shù)據(jù)顯示正常，各CV和MV的上、下限設(shè)置合理。 2）檢查，計(jì)時(shí)器運(yùn)行正常。 3）符合條件后，先檢查各CV投入狀態(tài)，如果不為“投用”，則修改其為“投用”。檢查各CV的投用狀態(tài)是否都為”GOOD”，如果不是，依據(jù)操作畫面使用說明中羅列的情況一一排除原因，解決不了的異常情況交由工程師處理。各約束狀態(tài)是否都為”NORMAL”，如果不是，再次檢查上、下限設(shè)置是否合理。 4）檢查底層控制回路的控制模式是否處于投用APC要求的投用前（MAN或者AUT），如果不是，修改為APC要求的投用前的控制模式AUT或MAN，,11,2、單個(gè)MV的投用 1）檢查該MV儀表數(shù)據(jù)/當(dāng)前值顯示正常，上、下限設(shè)置合理 。 2）檢查該MV的控制模型是否處于投用APC要求的控制前模式，如果不是，則需要將回路模式切換為自動AUT或者手動MAN模式。 3）將MV投用開關(guān)，切換到“投用”狀態(tài)。 3、單個(gè)CV的投用 1)檢查該CV儀表數(shù)據(jù)/當(dāng)前值顯示正常，上、下限設(shè)置合理。 2)啟動該CV投用開關(guān)，等待MV的投用狀態(tài)顯示為”GOOD”， 則此時(shí)該變量進(jìn)入先進(jìn)控制監(jiān)控，該變量投用過程結(jié)束。 4、單個(gè)DV的投用 DV的投用和切除操作由儀表工程師在上位機(jī)進(jìn)行。 1）檢查該DV儀表數(shù)據(jù)/當(dāng)前值顯示正常。 2）啟動該DV投用開關(guān)，等待MV的投用狀態(tài)顯示為”GOOD”， 則此時(shí)該變量進(jìn)入先進(jìn)控制監(jiān)控，該變量投用過程結(jié)束。,12,5、先進(jìn)控制器的實(shí)施效果,該系統(tǒng)自2012年5月投用，經(jīng)過兩年多的不斷調(diào)整與完善，各項(xiàng)功能均達(dá)到了預(yù)期目的，先進(jìn)控制系統(tǒng)已經(jīng)初步發(fā)揮了作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：裝置提高液收(汽油+柴油+液態(tài)烴)收率0.75%以上，這部分提高主要來自于焦炭、油漿等重組分產(chǎn)品產(chǎn)率的降低；系統(tǒng)自動化水平大大提高，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度；系統(tǒng)運(yùn)行安全平穩(wěn)；改善了系統(tǒng)控制性能，主要控制指標(biāo)平穩(wěn)性提高；在平穩(wěn)操作的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)主要參數(shù)實(shí)行卡邊控制，提高高價(jià)值產(chǎn)品收率，卡邊控制帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 I套催化裂化裝置使用先進(jìn)控制系統(tǒng)后，總體提高液收0.75%以上。液收是本裝置重要產(chǎn)品，提高其收率意味著經(jīng)濟(jì)效益的提升，先進(jìn)控制投用前后具體各產(chǎn)品收率變化情況如下表。,13,先進(jìn)控制投用前后各產(chǎn)品收率變化情況,90.27,91.81,91.29,90.59,89.87,90.33,90.13,90.62,液收 %,24.31,25.63,29.79,21.70,22.12,23.37,24.47,24.73,柴油 %,46.51,51.92,49.57,52.36,51.94,52.22,51.18,51.25,汽油 %,19.45,14.26,11.94,16.53,15.81,14.74,14.48,14.64,液化氣 %,4月,3月,2月,1月,4月,3月,2月,1月,先進(jìn)控制投用后（2013年）,先進(jìn)控制投用前（2012年）,時(shí)間段 產(chǎn)品收率,,,,,,,,,,,,,,,,,,,14,此外，先進(jìn)控制投用前后（2013年相比2012年1-4月）統(tǒng)計(jì)裝置平穩(wěn)率提高了0.2%，產(chǎn)品質(zhì)量2012年1 -4月有24個(gè)點(diǎn)超廠控指標(biāo)，而2013年僅有8個(gè)點(diǎn)超標(biāo)，質(zhì)量合格率提高了1.5%。由此可見,先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用顯著地提高了各塔設(shè)備的操作平穩(wěn)性，并實(shí)現(xiàn)了部分產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的卡邊控制，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低操作難度。與此同時(shí)，隨著裝置平穩(wěn)性進(jìn)一步的改善，使各塔設(shè)備的能耗大幅度地下降，實(shí)現(xiàn)裝置的安全、高產(chǎn)、低耗、節(jié)能和減排。,15,6、結(jié)語,經(jīng)過兩年多的運(yùn)行，先進(jìn)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠平穩(wěn)，操作簡便。實(shí)踐證明先進(jìn)控制技術(shù)在I套催化裂化裝置上的應(yīng)用效果是明顯的，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為石油化工流程工業(yè)企業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)“安穩(wěn)長滿優(yōu)”提供更有力的支撐和保障，該先進(jìn)控制系統(tǒng)是把高科技含量技術(shù)成果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)裝置上的一次成功應(yīng)用。,16,謝謝！,17,