| 过去的十年中，计算机技术在我国石油化学工业中得到了广泛应用，特别是在采用ＤＣＳ技术进行过程控制方面取得了长足进展。据统计，在我国石化企业中已有２００多套ＤＣＳ投入使用。这些系统在提高企业生产自动化水平、保证安全稳定生产、提高控制精度及节能降耗等方面发挥了重要作用。 本期专题的五篇文章向读者详细介绍了ＤＣＳ在我国石油化工中的应用情况、存在的问题及具体的控制软件。 １．ＤＣＳ在我国石油化学工业中的应用概况 ２．对我国石油化学工业应用ＤＣＳ的一些看法 ３．ＤＣＳ在我国中型氮肥厂的应用 ４．原油蒸馏控制软件简介 ５．浅谈ＤＣＳ应用中的几个问题 本期技术纵横：工控机概况及发展前景 一、概述 我国采用计算机控制石油化工生产过程的开发研究工作从６０年代中期就已开始，首先在化肥、炼油等行业开展计算机过程控制研究，集中科研、生产和院校的专业人才，确定依托工程，对化工对象特性、参数关联、仪表和控制装置、数据采集与处理；ＤＤＣ控制的研究均取得了阶段性成果，培养了一批自控仪表和计算机专业人才，并有几个试验现场工业控制机投入运行，实现巡回检测、制表打印、ＤＤＣ控制。由于实施计算机集中控制，因此将过程控制危险也集中了，加之当时的工业控制机无法现场长周期运行，直至７０年代初我国化工过程计算机控制和世界其它国家一样仍停滞不前。 １９７５年美国霍尼韦尔公司研制的ＴＤＣ——２０００系统开始用于生产过程控制。这种集散系统在工业生产上的集中管理与分散控制，对提高回路品质、安全稳定生产及加强生产管理都显示出了优越性。从１９７８年起，我国石油化工几家企业开始与国外ＤＣＳ生产制造厂商签约引进ＤＣＳ。１９８１年吉化公司化肥厂在合成氨车间率先采用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系统监控生产过程，１９８３年完成了９个氨合成塔机组的控制。１９８３年燕山石化公司前进化工厂引进ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系统改造１２台乙烯裂解炉的生产控制。与此同时，高桥石化公司炼油厂引进ＳＰＥＣＴＵＭ系统也在常减压装置中投入运行。 ８０年代我国石油化学工业用ＤＣＳ实施过程控制，经历了从ＤＣＳ应用试验阶段（１９８５年以前）到推广应用阶段（１９８５年以后），这是ＤＣＳ应用迅速发展的十年。各级企业决策者对企业技术进步，走科技兴厂之路的认识逐步深化，纷纷购买单回路调节器和ＤＣＳ，取代落后的模拟控制仪表。 据我们掌握资料和信息统计，目前我国化肥、炼油、乙烯、化纤、氯碱行业已经有２００套ＤＣＳ投入使用。与此同时，各科研单位、大专院校与安装使用ＤＣＳ的企业联合，用现代控制理论开发化工对象特性，建立数学模型，研究开发了一些高级控制软件、操作优化软件和专家系统，并以ＤＣＳ为工具，在工业装置中试验并投入使用。ＤＣＳ应用的迅速发展，使我国石油化工自动化技术有了长足进步，大大提高了生产自动化水平，对安全稳定生产，提高控制精度，节能降耗发挥了重要作用。下面对我国ＤＣＳ在石油化工中的应用情况、问题、发展作简要概述。 二、ＤＣＳ在我国石油化学工业中应用情况 １．ＤＣＳ在我国大型氨厂的应用情况 我国从７０年代中期至今已经建成投产的大型氨厂（含３０万砘氨／年和２０万吨氨／年）共计２２个，其中有两套国产化装置和２０套引进装置，“八五”在建的装置１０套。从１９８４年云南天然气化工厂使用ＴＤＣ－３０００ＢＡＳＩＣ系统对合成氨生产自控改造开始，大型氨厂ＤＣＳ应用历经１０年，现在有１９个厂在合成、尿素、水处理、普里森等装置中使用了３５套ＤＣＳ，仅剩下宁夏化肥厂、湖北化肥厂、山西化肥厂仍沿用模拟仪表控制。 在应用软件开发应用上也成绩显著，表现如下几点： （１）普及推广了四套节能控制系统 四套节能控制系统指气头厂合成氨生产过程的水碳比值控制系统（控制原料气ＣＨ［，４］量和蒸汽量）、氢氮比控制系统（控制空气量）、一段转化炉出口温度控制系统（控制燃料量）、驰放气组分压力控制系统（控制驰放气量）。四套控制系统是８０年代初，川化、卢天化、云天化等企业研究开发，在此基础上，各厂采用ＤＣＳ以后，又把它们不断完善创新，现已普及，对稳定生产，节能降耗带来了明显的经济效益。如川化年增产合成氨５４３５．１吨，年节约天然气６０４．８万立方米。卢天化在相同原料气消耗条件下可增产氨１．１５％。沧化每吨氨能耗下降０．２９３百万大卡，增产２．９％。 以石脑油或渣油为原料的各家氨厂开发的以炉温（或出炉气体成份）为主环，以氧油比、蒸汽油比比值调节为副环节能控制回路，别具风格，应用后效益显著。 （２）在尿素装置上采用多变量先进控制（ＭＵＶＡＣ） ＭＵＶＡＣ的基础出发点是找出尿素生产过程中关键参数之间的相互联系，依靠ＤＣＳ控制装置，用串级、前馈、比值、均匀、超驰、增益自适应ＰＩＤ等控制策略，使得关键参数变化时，其它参数随之自动调整，尽量减少人为干扰，从而达到安全稳定，节能增产的目的。该项技术首先在大庆化肥厂实现，取得满意效果，目前沧化、辽化等也在实施中。 （３）操作优化 四川化工总厂承担了“七五”国家科技攻关课题“合成氨装置生产过程计算机控”，用ＳＰＥＣＴＲＵＭ系统和ＩＢＭ－ＰＣ／ＸＴ上位机，对合成氨触媒温度、水碳比、氢氮比等回路，经过象测试、工艺参数数据处理，建立单元对象数学模型，实施局部优化控制。该项目通过了国家技术鉴定。这种以两级计算机闭环优化实施控制系统的研究成功，使我国大型氨厂计算机控制水平处于世界领先地位。 ２．ＤＣＳ在我国中型氨厂的应用情况 我国共有中型氨厂５５个，其中以油、气为原料的２１个，以煤为原料的３４个。这些氨厂多数在６０年代和７０年代建厂，通过改造扩建，生产规模不断扩大，是我国氮肥行业的中坚。自从１９８１年吉化化肥厂使用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系统实施自控改造以后，使用计算机技术改造传统产业的热潮兴起，中型氨厂ＤＣＳ应用发展迅速。根据１９９２年调查统计，已有２７家中型氨厂购买安装了３７套不同型号的ＤＣＳ，有近５０％中型氨厂使用ＤＣＳ，可见８０年代是我国中型氨厂自控发展史上的飞跃时期。 中型氨厂ＤＣＳ应用按照装置小容量多机组的工艺特点，基本是在一个车间安装一套ＤＣＳ，操作站设置在车间控制室，分别在造气、变换、合成、尿素等车间使用，个别厂为了加强管理，在调度室安装了操作站ＣＲＴ显示屏。其控制规模为：模拟量输入１００～１５０点，开关量３０～５０点，控制回路３０～４０个。全流程过程控制共计研究开发了２０个节能控制系统，并用ＤＣＳ控制。２０个控制系统是：煤造气自动顺序控制、重油气化炉带温度（或出口气成份）校正的双交叉限幅氧油比控制、煤造气炉蒸汽流量控制、油气化炉自动开停车顺序控制、饱和热水塔出口温度极值控制、氢氮比控制、氨合成塔触媒层温度控制、惰性气体－压力超驰控制、氨蒸发器出口温度－液面超驰控制、三大高压液位控制、氨合成塔群负荷分配控制、尿素合成塔ＮＨ［，３］／ＣＯ［，２］控制、Ｈ［，２］Ｏ／ＣＯ控制、脱碳塔Ｏ［，２］／ＣＯ［，２］控制、空分装置顺序控制。 兰化公司化肥厂用ＩＣＣ－６０００系统和上位机，对合成塔触媒层温度、循环气吹除、Ｈ［，２］／Ｎ［，２］及负荷分配等控制回路进行二级计算机局部优化控制进行试 验，取得成功，并通过技术鉴定。 中型氨厂普遍认为：ＤＣＳ投运后，减轻了工人劳动强度，改善了操作环境，稳定了工艺生产，提高了操作精度，达到了装置安全稳定运行，节能降耗的目的。据调查各中型氨厂ＤＣＳ应用，每套年经济效益在６０～２００万元不等。 ３．炼油厂ＤＣＳ应用情况 自从１９８３年高桥石化公司炼油厂引进ＳＰＥＣＴＲＵＭ系统用于常减压装置过程控制以来，我国炼油行业相继有２０多家企业用ＤＣＳ进行自控改造。高桥石化公司炼油厂与浙江大学合作，以ＤＣＳ、单回路调节器和ＦＯＸ－３００、ＩＢＭ－Ｓ／Ｉ为上位机，在不同的装置上建立数学模型，开发专家系统，实施局域优化控制，取得了３１４万元的经济效益。 广州石化总厂炼油厂与北京石油化工科学院合作，在ＰＲＯＯＶＯＸ系统的上位机ＨＰ１０００Ａ７００上用ＦＯＲＴＲＡＮ语言开发了ＬＱＧ自校正控制软件，于１９８８年投入使用。它可以作为ＤＣＳ的一个通用控制模块，对ＤＣＳ管理之下的多个控制回路实施ＬＱＧ自校正控制。ＬＱＧ自校正算法通常适用于被控对象结构已知，但参数未知的情况。自校正系统将在线辨识和控制器的设计有机地结合起来，在运行过程中，首先进行参数辨识，然后根据辨识结果修改控制器参数，达到消除干扰之目的。ＬＱＧ自校正控制软件，用于常压塔塔顶温度控制，年经济效益达５０万元。 大连石油化工公司，在蒸馏装置上使用ＯＰＴＲＯＬ７０００上位机和ＳＰＥＣＴＲＵＭ系统，引进美国通用自动化公司（ＡＡＩ）的先进控制软件。主要是一些先进的控制应用程序，如：原油预热控制程序ＦＯ、加热炉支路平衡及燃烧控制程序Ｆ１Ｆ２Ｆ３、初馏塔控制程序ＴＯＷＥＲＡ、减压塔控制程序ＴＯＷＥＲＣ，。分馏点计算是ＡＡＩ公司的专有技术，与厂方合作开发了初馏塔、常压塔、减压塔分馏点控制程序。分馏点计算是根据已知原油实沸点（ＴＢＰ）曲线和塔的各倾线产品的实沸点曲线，实时采集塔的各部温度、压力、进塔出塔物流的流量等参数、将塔分段，进行各段上的物料平衡、热平衡计算，得到塔内的液相流量和汽相流量，从而算出抽出产品的分馏点。分馏点计算在系统程序中每１０秒钟运行一次，比在线分析仪表快，使调节质量得到改善，在计算出分馏点的基础上，以计算机间通讯方式，修改ＤＣＳ系统中相关倾线流量控制模块的给定值，从而实现先进控制（ＳＰＣ）。 加热炉出口温度控制是由基本控制器（ＵＣＭ）进行。用上位机对炉膛温度进行实时计算，求出一个较为理想的真实炉膛温度，输出给ＵＣＭ，从而实现了炉出口温度与炉膛温度串级调节。由于炉膛温度的反应比炉出口温度快，所以在实际应用上大大改善了出口温度控制效果。 大型加热炉燃烧控制是节能显著的控制系统，各ＤＣＳ应用企业都开发了应用软件。有的根据烟道氯氧含量进行燃烧热效率计算和显示，再根据氧含量和算出的热效率去控制入炉空气量，保持低残氧燃烧，以达到节能的目的。 兰州炼油化工总厂２＃常减压装置采用了Ｉ／Ａ．Ｓ系统，不仅进行常规控制，还实现了生产过程操作优化，并且将ＤＣＳ与生产管理计算机ＶＡＸ８３５０通迅联网，２＃装置ＤＣＳ过程控制计算机系统已成为全厂信息管理系统（ＭＩＳ）的一部分。 我国应用ＤＣＳ的炼油厂，除在常减压装置实施ＤＣＳ高级软件控制外，在催化裂化、催化重整、加氢精制、油品调合等方面均开发了节能显著的复杂控制系统，在此不予赘述。 ４．ＤＣＳ在乙烯装置上的应用情况 典型的石化工工艺是以石油为原料，通过初初馏、裂解、分离、聚合等工艺过程生产各类石油化工产品，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、合成橡校、乙二醇、丙烯腈、聚脂等。我国建成投产的２０多个乙烯厂均为典型的石油化工工艺。自从１９８３年燕山石化公司前进化工厂乙烯裂解装置采用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系统进行自控改造至今，已有１４家企业７６套ＤＣＳ用于生产过程控制，可见ＤＣＳ在石化企业中推广应用之快、应用数量之多为各行业之首。从石化企业十年ＤＣＳ应用情况来看，一般分为二步实施。第一步使用ＤＣＳ改善常规调节控制品质，满足生产的安全、稳定、长周期运行，为高层次应用开发打下基础。第二步通过现代控制理论的应用，机理模型的研究，开发优化操作应用软件、专家系统等，采用先进控制策略，实施计算机二级优化控制。目前石化企业ＤＣＳ应用多数仍处于前者。 燕山石化公司１９８３年引进ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系统对１２个乙烯裂解炉进行自控改造，ＤＣＳ实现了炉管出口温度控制、乙烷裂解炉油压超驰控制和在线清焦自动控制。１９８７年以ＣＥＮＴＵＭ－Ｂ系统为下位机，ＤＥＡＤＥ计算机为上位机，用于控制节能技术改造后的ＢＡ－１０９、ＢＡ－１１０两台裂解炉和乙炔加氢反应器，实施二级计算机优化操作。裂解炉控制，选择４个炉出口温度之一，通过调节侧壁和底部燃料量控制温度，侧壁和底部燃料量与强制通风量实行比率控制，进料量和稀释蒸汽量也实行比率控制。在此基础上，计算机优化控制方案对流量调节器实施ＳＰＣ监督控制。控制目标为： 维持裂解炉系统安全运行。 维持所希望的最佳转化率，使各组炉管之间温差最小。 维持合理的进料油气比。 维持所要求的总投油量。 通过氧量控制，维持理想的空燃比，使热损失最小。 １９９１年该公司新建成０号裂解炉，使用ＣＥＮＴＵＭ－Ｂ系统监控生产过程。应用软件由该公司和北京市仪表局成套公司合作开发，综合了ＤＥＣＡＤＥ计算机裂解炉控制方案（美国ＳＩＭＣＯＮ公司）、辽阳乙烯裂解炉ＣＥＮＴＵＭ高级控制方案（法国石油公司）、盘锦乙烯裂解炉ＣＥＮＴＵＭ高级控制方案（日本东洋工程公司）以及国外大型锅炉ＡＢＣ （ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＢＯＩＬＥＲ ＣＯＮＴＲＯＲ）控制方案的技术特点，设计了０号裂解炉高级控制方案。建立裂解炉解耦控制模型，设计了总进料量和裂解炉出口温度（ＣＯＴ）偏差控制（含进料量和稀释蒸汽的交叉控制、最小稀释蒸汽量控制、总进料量控制）、深度和ＣＯＴ控制、双交叉限幅燃烧控制、烟道气残氧含量控制、巴期夫在线清焦程序控制。这些高级控制回路达到的目标为ＣＯＴ偏差在１℃以内，稳定总进料量、烟道气氧含量２～３％，保持炉热效率９３％左右，稳定裂解炉炉转化度提高三烯收率，大大提高了乙烯装置的综合效益。 扬子石化公司、齐鲁石化公司、上海石化总厂三套３０万吨／年乙烯装置、ＤＣＳ和应用软件均引进国外设备和技术。大庆石化总厂新扩建的Ｈ号裂解炉的控制装备采用ＣＥＮＴＵＭ－Ｂ系统，引进了１３套高级控制应用软件，这些应用软件均以提高三烯收率为目的。 ５．聚氯乙烯（ＰＶＣ）装置中ＤＣＳ的应用情况 我国ＰＶＣ生产有国产装置，也有引进装置，全国有６０多个生产厂。有乙炔与氯化氢反应生产法和乙烯氧氯化法两种流程。根据所掌握资料统计，有１４个ＰＶＣ装置上使用ＤＣＳ。ＰＶＣ聚合属间歇生产过程，主要是原料配比、加料、升温、聚合、出料逻辑顺序控制、聚合釜温度压力控制和后处理分离、精制控制。 在ＰＶＣ生产过程中，顺序控制占有很在比重，有近百个切断阀，几十个泵、马达、开关按照不同的生产要求和时间顺序启动关闭。ＤＣＳ控制单元同时具有反馈模拟控制的顺序控制。ＰＶＣ生产可以根据市场需求，调整配方生产多品种多型号的产品。因配方改变控制方案随之改变。装置的生产灵活性也是间歇过程特有的要求。ＤＣＳ丰富的计算功能、逻辑功能和通讯能力，为ＰＶＣ多品种生产提供了便利。 ＰＶＣ聚合温度按照严格的温度曲线实行控制，ＤＣＳ逻辑功能和反馈控制的巧妙结合，将聚合温度偏差控制在０．０２～０．０６℃范围内，同时方便了操作，保证了产品质量。随着ＤＣＳ在ＰＶＣ生产中的应用不断扩大，一些优化控制软件也应运而生。 |
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