关于计算机过程控制的几点看法

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-11 10:36:48
来源:数字石油

 关于石油化工计算机过程控制的几点看法

摘要 本文结合当前石油化工过程控制中计算机应用情况提出计算机过程控制开发重点为静态优化闭环控制系统工艺是过程控制的主体工艺过程数学模型开发则是关键精馏系统是开发的突破点。系统开发和推广应用都要有设计参加。

􀀁􀀂60年代中期石油部科技司组织在兰州炼油厂和北京东方红炼油厂的常减压装置上进行计算机过程控制试点。80年代初在继续开发常减压过程控制的同时开始开发流化催化裂化过程控制系统。最近四年来中国石油化工总公司所属企业的计算机过程控制取得了较快的进展和较好的成果

1、引进安装10多套集散型控制系统使过程控制水平提高了一步

2实现了单板机加热炉热效率控制已完成100座热负荷为1000万大卡/时以上加热炉改造

3流化催化裂化装置反应一再生系统调优、过程监督控制系统已经开发,并在10多套同类装置上推广应用

4流化催化裂化装置反应系统闭环控制系统已经投入使用

5流化催化裂化装置过程动态模型研究取得了重大进展

6乙苯烃化反应优化控制模型已经开发并用于离线生产调优。

这些成果标志着我国石油化工行业计算机过程控制达到了一个新的水平。计算机过程控制是进一步提高石油化工装置经济效益、节省能源的重要技术措施因此是当前值得研究的重要课题。本文就石油化工计算机过程控制的特点与分类、开发的重点等问题提出一些看法以供参考。

一、计算机过程控制的特点与分类

计算机进人石油化工过程控制后引起传统控制观念的变化。以往石油化工装置的过程控制主要是采用单调节回路的控制方法对温、压力)、流量)、液位)四个参数进行单参数闭环控制以实现装置平稳操作。因此装置的过程控制设计是由工艺和自控两个专业人员共同进行而主要由自控人员完成。计算机过程控制是建立在工艺过程模拟的基础上对操作单元或全装置进行多参数综合控制没有对工艺过程的数学模拟,也就没有计算机过程控制。因此计算机过程控制开发是以工艺人员为主体由工艺、自控、计算机硬件和软件人员相结合共同完成的这是我们进行计算机过程控制应当注意的主要特点。

计算机过程控制按照应用功能和作用来分大致可以分为三类

1计算机过程监督控制系统。这类系统主要特征是按某种目标、使用各种方法对装置某些参数进行估计预报以指导装置生产。哈尔滨数学所和哈尔滨炼油合作开发的流化催化裂化装置计算机控制系统、上海高桥公司化工厂乙苯烃化反应离线调优属于这一类。

2计算机过程静态优化和闭环控制系统。这种系统的主要特征是以生产过程静态机理模型为基础参考生产实际,在装置平稳操作的前提下进行优化计算对某些操作参数进行闭环控制。系统主要用于平稳操作的情况参数调节范围较小。由总公司石油化工科学研究院、兰州炼油厂和大庆石油学院合作开发的兰州炼油厂同轴式流化催化裂化装置过程控制系统属于这一类。

3计算机在线实时控制系统。这种系统的主要特征是以过程动态机理模型为基础实现对装置的实时动态控制,不但适用于静态、参数小范围变化的情况而且适用于动态、参数大范围调整

二、计算机过程控制的开发重点和展望

选择技术基础较好、经济效益比较显著的装置作为开发重点能较快地取得效果作者认为今后几年应重点开发和推广应用反应系统和精馏系统的静态优化闭环控制系统

1.精馏系统计算机过程控制系统

精馏系统的核心是精馏塔。虚拟组分法的创立基本解决了精馏系统静态模拟计算问题。目前总公司各设计院和研究院巳经用虚拟组分法和经验公式法开发了适用于各种不同类型装置精馏塔的模拟计算程序北京设计院开发了一批用于精馏塔核算程序和某些塔系统优化计算程序这些程序经多年设计应用证明模型可靠而且物性数据比较齐全,为精馏塔系统静态优化过程控制提供了有利条件。预计今后几年在常减压装置、流化催化裂化分馏、吸收脱吸、气体分离、溶剂回收等系统中的计算机过程控制将会取得重大进展

精馏系统静态优化闭环控制系统开发有三个主要技术问题

·模型简化以提高计算速度。

·采用新的计算方法提高收敛速度。北京设计院的研究证明用整体性联解法开发的精馏塔系统模拟程序要比序贯法快3~5为精馏系统静态优化闭环控制的实现提供了新的方法。

·物性数据和产品性质关联模型。

2.反应系统计算机过程控制

反应系统模型目前可以分为两类一类是经验关联式一类是化工动力模型。目前已用于生产实践的均属经验关联式华东化工学院、华东石油学院等单位均在开发某些装置的化工动力模型。但是作者认为在催化裂化、催化重整、加氢精制、加氢裂化等装置上采用经验关联式模型比较容易取得进展。这些装置设计院和研究院都有模型如果投入更多的力量在今后3~5年内将能取得好的成果。

3.着重研究多参数、多目标静态优化、多参数闭环控制系统

目前已投入运行的过程控制系统都是多参数优化单参数控制系统其主导思想是通过控制主导参数得到投资少、开发周期短、见效快提高经济效益的效果。在装置计算机过程控制系统开发的第一阶段这种作法值得提倡因为提高了经济效益才易于取得各方支持。然而在生产装置和流程确定的情况下产品收率和产品质量取决于原材料性质和操作条件温度、压力、回流比、回炼比等)只有实现多参数控制才能实现系统优化进一步提高产品收率和产品质量降低能耗和其它原材料消耗。而要做到这点除使用线性规划外应研究其它数学处理方法。

三、几个值得注意的问题

计算机过程控制随着计算机硬件和软件的飞速发展而逐步成为现代控制的重要分支。石油化工由于生产过程的连续性和已有较高的控制水平从而为计算机应炸提供了良好条件要使这一工作迅速取得成果下面几个问题应引起各方面重视。

1.关于人才问题。发展计算机过程控制也需要两种人才专门技术人才和技术组织人才。专业技术人才应精通工艺、自控、计算机硬件和软件开发中一种并兼懂其它。技术组织人才则各个专业都要比较精通而且具有组织领导能力。两种人才都难培养对后者重视不够是我国科学技术研究的通病。人才问题不解决要发展石油化工计算机过程控制不太可能。

2.关于组织机构。石油化工计算机过程控制作为一门科学有其矛盾的特殊性。为了迅速培养人才、有效地组织、保证业务人员专心致志地工作和为研究开发、推广应用创造条件看来中国石化总公司成立一个计算机过程控制研究院是必要的。设计院和总公司下属公司成立类似机构专门研究计算机过程控制也属必须。

3.重视设计的作用。迄今石油化工过程控制方面所取得的成果都是由工厂与高等院校、科研单位合作开发的这方面工作在设计部门儿乎仍为空白。作者认为要使石油化工过程控制的研究和应用工作迅速发展必须要有设计院参加。1)除引进装置外所有石油化工生产装置都是由设计院设计的。设计院通过设计、开工和标定积累了丰富的经验和数据;2)设计院拥有工艺、自控、计算机多种专业人才容易组织一个多专业的专门开发应用小组;3)设计院通过多种工作拥有为数众多的静态流程模拟程序和充分的物性数据为开发过程控制软件打下了基础4设计院将推广计算机过程控制技术与装置技术改造结合起来既省钱又方便。

4.关于数据采集和控制参数调整。我国石油化工装置现有自动控制的一个特点就是有相当数量的气动仪表。兰州炼油厂同轴式流化催化裂化装置反应一再生系统静态优化闭环控制系统投产为在气动仪表上实现计算机过程控制提供了经验。

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