ＤＣＳ在我国石油化学工业中的应用概况

编者按 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２ ００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７ ０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Ｄ ＣＳ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Ｃ ＥＮＴＵＭ－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。１９８ ３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２ ００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ＤＣ Ｓ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制” ，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Ｈ Ｐ１０００Ａ７００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ＳＰＥＣＴＲ ＵＭ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<< p="">