乙烯裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）調(diào)研報(bào)告1A公司乙烯裝置概況A公司乙烯裝置改造后，現(xiàn)有兩個(gè)裂解爐區(qū)、兩個(gè)急冷系統(tǒng)、兩個(gè)裂解氣壓縮系統(tǒng)，兩股裂解氣經(jīng)混合干燥后，進(jìn)入一個(gè)順序分離系統(tǒng)。裝置主要產(chǎn)品有乙烯、丙烯、C4餾份等，同時(shí)副產(chǎn)氫氣、甲烷、輕重燃料油、裂解汽油等。2A公司乙烯裝置APC構(gòu)成2.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成先進(jìn)控制技術(shù)是以DCS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，AspenTech的APC軟件都要求在上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。A公司乙烯裝置先進(jìn)控制硬件采用三臺(tái)上位機(jī)系統(tǒng)，均為運(yùn)行WindowsNT4.0操作系統(tǒng)的DELL服務(wù)器，裝置DCS系統(tǒng)為YOKOGAWA的CS/CS3000，兩系統(tǒng)采用AspenTech開發(fā)的通訊接口軟件Cimio以Client/Server結(jié)構(gòu)雙向通訊。三臺(tái)服務(wù)器各有分工，LJDMC運(yùn)行DMCplus，LJWEB運(yùn)行Infoplus.21和SPYRO，LJDMCWATCH運(yùn)行AspenWatch。三臺(tái)服務(wù)器采用TCP/IP協(xié)議相互連網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)APC的各功能。APC控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成簡(jiǎn)圖如圖1。2.2DMC控制器及CLP結(jié)構(gòu)圖項(xiàng)目采用了DMCPlus多變量預(yù)估控制技術(shù)和CLP復(fù)合線性規(guī)劃技術(shù)。DMCPlus及CLP控制器框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)乙烯裝置總計(jì)開發(fā)23個(gè)主控制器、18個(gè)子控制器和2個(gè)CLP控制器。具體控制器如下：老區(qū)裂解爐控制器：每臺(tái)裂解爐采用1個(gè)DMCPlus控制器，共11個(gè)控制器。IP.21ServerIP.21ServerServerName:LJWEBSpyroDongleattachedhere.IPAddress:172.16.17.20Functions:IP.21,SpyroforAPC,ProductionControlWebServer,LocalSecurityServerDMCplusServerServerName:LJDMCAspenDongleattachedhereIPAddress:172.16.17.18Functions:DMCplusOnlineandDMCplusDesktop,LicenseManagerAspenWatchServerServerName:LJDMCWatchIPAddress:172.16.17.19Functions:AspenWatchServerOPCServerOneServerName:STN0250連接老區(qū)裂解爐DCSOPCServerTwoServerName:STN0132連接分離系統(tǒng)DCSCIMIOOPCServer3ServerName:STN0132連接新區(qū)裂解爐及急冷壓縮系統(tǒng)DCS圖1APC控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成簡(jiǎn)圖老區(qū)裂解老區(qū)裂解爐控制器DMCPlus老區(qū)急冷控制器DMCPlus老區(qū)壓縮控制器DMCPlus冷區(qū)控制器DMCPlus乙烯塔溫度控制器DMCPlus脫丙烷塔控制器DMCPlus丙烯精餾塔控制器DMCPlus新區(qū)裂解爐控制器DMCPlus新區(qū)急冷控制器DMCPlus新區(qū)壓縮控制器DMCPlus老區(qū)裂解爐進(jìn)料最大化DMCPlusCLP新區(qū)裂解爐進(jìn)料最大化DMCPlusCLP乙烯裝置圖2DMCPlus控制器和CLP結(jié)構(gòu)圖老區(qū)急冷控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括汽油分餾塔和急冷水塔2個(gè)子控制器。老區(qū)壓縮控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器。脫丙烷塔控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括高、低壓脫丙烷塔2個(gè)子控制器。丙烯精餾塔控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括新、老丙烯塔2個(gè)子控制器。乙烯塔溫度控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括新、老乙烯塔2個(gè)子控制器。冷區(qū)控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括：物料平衡、脫甲烷塔、2個(gè)脫乙烷塔、2個(gè)乙烯精餾塔、2個(gè)丙烯制冷壓縮機(jī)等8個(gè)子控制器。新區(qū)裂解爐控制器：每臺(tái)裂解爐采用1個(gè)DMCPlus控制器，共４個(gè)控制器。新區(qū)急冷控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器，包括汽油分餾塔和急冷水塔2個(gè)子控制器。新區(qū)壓縮控制器：采用1個(gè)DMCPlus控制器。老區(qū)裂解爐進(jìn)料最大化控制器：采用1個(gè)CLP控制器。新區(qū)裂解爐進(jìn)料最大化控制器：采用1個(gè)CLP控制器。該先進(jìn)控制系統(tǒng)與Technip的裂解爐深度計(jì)算軟件（SPYRO）相連接，SPRYO實(shí)時(shí)計(jì)算裂解深度作為裂解爐DMCPlus控制器的輸入。結(jié)構(gòu)圖如圖3和圖4所示。裝置安裝了石腦油原料的近紅外在線分析儀NIR。NIR能夠?qū)崟r(shí)分析原料性質(zhì)的變化，比常規(guī)的手工分析來(lái)得更及時(shí)，這為先進(jìn)控制提供了有效的原料性質(zhì)信息。NIR給出的是原料的ASTM餾程分析、密度、族組成等信息，而裂解深度計(jì)算的SAPC程序需要的原料性質(zhì)輸入是細(xì)分到128種純組分的組成數(shù)據(jù)。為此，開發(fā)了一個(gè)接口程序，把NIR給出的ASTM餾程分析、密度、族組成等信息轉(zhuǎn)換為細(xì)分到128種純組分的組成數(shù)據(jù)，這樣，從NIR到SAPC再到DMCPlus控制器就成為一個(gè)閉環(huán)控制的集成體。NIR,SpyroforAPC和DMCPlus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖3裂解爐先進(jìn)控制SpyroforAPCDCSSpyroforAPCDCS裂解爐DMCPlus控制器裂解深度和TMT裂解爐工藝操作條件裂解爐爐型尺寸、原料性質(zhì)和模型參數(shù)裂解爐COT設(shè)定和進(jìn)料量設(shè)定AspenIP.21DatabaseAspenIP.21Database&AspenCalcDCSSpyroforAPCSAPC.DLLfromTechnipAspenCIM-IOAspenSqlQueries&DatabaseConfiguration圖4SpyroforAPC結(jié)構(gòu)圖石腦油石腦油NIRASTM,DensityPINAandetc.原料細(xì)化到128種純組分的組成SAPCSeverityCalculation裂解爐幾何尺寸數(shù)據(jù)裂解爐操作條件數(shù)據(jù)裂解爐M/P裂解深度計(jì)算SAPC程序DMCPlus裂解爐多變量控制器HGO/HVGO分析數(shù)據(jù)手動(dòng)錄入FeedCharacterization原料特性化接口程序圖5NIR，SpyroforAPC和DMCPlus結(jié)構(gòu)圖2.3與其它系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)該先進(jìn)控制系統(tǒng)還具備與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)相連接的能力。實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)計(jì)算出裝置的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化目標(biāo)值并實(shí)時(shí)傳送到先進(jìn)控制系統(tǒng)，先進(jìn)控制系統(tǒng)通過(guò)多變量預(yù)估控制DMCPlus把工藝操作點(diǎn)推向?qū)崟r(shí)優(yōu)化系統(tǒng)計(jì)算出的優(yōu)化操作點(diǎn)。 該先進(jìn)控制系統(tǒng)還與DCS集散控制系統(tǒng)相聯(lián)，先進(jìn)控制的輸入源和輸出源都是DCS。在該項(xiàng)目中，有三種不同版本的橫河DCS與先進(jìn)控制系統(tǒng)相聯(lián)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。YokogawaCS3000YokogawaCS3000老區(qū)裂解爐區(qū)YokogawaCS老區(qū)裂解爐區(qū)YokogawaCS3000新區(qū)YokogawaXL壓縮分離區(qū)YokogawaExaOPC1#AspenCIM-IOforOPCInterfaceYokogawaExaOPC2#YokogawaExaOPC3#乙烯裝置網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器DMCPlusandCLP圖6DCS和APC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3A公司乙烯APC總體運(yùn)行情況老區(qū)裂解爐DMCPlus控制器于2004年8月實(shí)現(xiàn)在線投運(yùn)，其它DMCPlus控制器和CLP應(yīng)用也都在2007年5月至9月間陸續(xù)投用?，F(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行正常，控制器投用率較高，目前只有裂解爐深度計(jì)算軟件SPYRO根據(jù)在線裂解原料分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算裂解深度，作為裂解爐DMCPlus控制器的輸入來(lái)控制裂解爐COT這一系統(tǒng)未投用（現(xiàn)依據(jù)不定期的原料的人工分析數(shù)據(jù)，輸入SPYRO軟件，計(jì)算出合適的COT后，人工調(diào)整裂解爐的COT控制范圍。），其余所有控制器全部投用，只有在儀表出現(xiàn)故障時(shí)，才將單個(gè)控制回路摘除。4對(duì)于我公司乙烯裝置采用APC的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)先控項(xiàng)目的前提條件是相關(guān)儀表保持好用且有足夠的精度，自控率100%，否則階躍測(cè)試做不下去。為此，燕山項(xiàng)目利用了兩次檢修機(jī)會(huì)更新和新增加了大量的與先控相關(guān)的儀表：流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、在線分析儀表等。4.1通過(guò)此次在A公司乙烯裝置對(duì)APC的調(diào)研，我們認(rèn)識(shí)到乙烯裝置全流程的先進(jìn)控制在線應(yīng)用，可以加深操作人員對(duì)工藝過(guò)程的認(rèn)識(shí)，提高操作人員的技術(shù)水平，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為的操作失誤和生產(chǎn)過(guò)程上下游的相互干擾，實(shí)現(xiàn)卡邊操作，提高產(chǎn)品產(chǎn)量，能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)CLP的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了裂解爐負(fù)荷的智能分配，在提高裝置的處理能力的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)了裂解爐的運(yùn)行周期。實(shí)施全裝置先進(jìn)控制，不僅大大提高了裝置運(yùn)行的平穩(wěn)度，有利于裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，而且提升了裝置的運(yùn)行水平和企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在我裝置采用APC是十分必要的。4.2在我裝置采用APC先進(jìn)控制必須確保所有儀表準(zhǔn)確好用，自控率100%，而我裝置目前儀表存在很多問(wèn)題，準(zhǔn)確地講，自控率應(yīng)該不超過(guò)80%。裂解爐系統(tǒng)要將單組進(jìn)料流量表全部更換為質(zhì)量流量計(jì)（目前我裝置15臺(tái)裂解爐，只有14#、15#、16#爐的液體原料和11#爐的氣體原料是質(zhì)量流量計(jì)）；增加原料在線近紅外分析儀；保證裂解爐出口裂解氣組成在線分析儀的數(shù)據(jù)可靠；增加分離系統(tǒng)各塔系塔頂、塔釜在線分析儀表（燕山乙烯的脫甲烷塔、脫乙烷塔、脫丙烷塔、乙烯精餾塔、丙烯精餾塔均有塔頂、塔釜在線分析儀表，而我裝置乙烯精餾塔和丙烯精餾塔只有塔頂在線分析儀表，其余各塔系均無(wú)在線分析儀表）。4.3由于APC是DCS控制上層的高級(jí)控制，它的作用需要通過(guò)DCS控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而要求裝置的常規(guī)控制回路必須能夠投自動(dòng)/串級(jí)，這對(duì)裝置的儀表自動(dòng)投用率要求很高。另外，在線分析儀表是否好用對(duì)APC的運(yùn)行也有很大的影響。因此，我們必須有更高的裝置儀表維護(hù)水平。4.4由于乙烯裝置是一個(gè)非常大的先進(jìn)控制應(yīng)用環(huán)境，工藝流程復(fù)雜，控制器個(gè)數(shù)多，規(guī)模大，要保持控制器能夠長(zhǎng)期高效地發(fā)揮作用，工藝人員對(duì)APC的理解非常重要，搞好培訓(xùn)，確保控制器的投用率是將先進(jìn)控制維護(hù)好的關(guān)鍵。4.5建議一旦我裝置實(shí)施先控項(xiàng)目，必須要有專人長(zhǎng)期負(fù)責(zé)APC，加強(qiáng)系統(tǒng)日常維護(hù)，適時(shí)修改控制器的模型或控制參數(shù)，使AP