智能化生产技术在炼化一体化项目上的应用策略探讨_智能石化工厂_管控一体化

智能化生产技术在炼化一体化项目上的应用策略探讨

2010/10/18 15:57:00

随着世界范围内石油化工生产技术的不断进步，石油化工装置正朝着大型化、一体化、智能化和清洁化等方向发展。传统的企业生产过程控制系统和信息管理系统设计理念也随之发生了改变。从工厂操作、管理、维护的角度出发，要求过程控制系统和信息管理系统应具有开放性、可靠性、经济性、互操作性和易维护性。从功能和风险控制的角度出发，要求系统的设计具有安全性、可靠性、分散性和可用性。通过生产操作自动化、经营管理信息化，实现企业从原油选择、采购、生产加工过程到石油、化工产品出厂全过程的智能化管理，使企业的利润最大化。

笔者从全厂自动化工程建设角度出发，通过分析国内外石油化工智能化生产技术现状与发展趋势，并结合正在实施的某大型炼油乙烯一体化项目，对智能化生产技术在世界级炼油化工项目上的应用特点和实施策略进行了探讨。

1 石油化工智能化生产技术的概念及总体特征

1.1 “智能石化工厂”的概念

20世纪90年代末期，美国AspenTech公司率先提出“智能化工厂”(planteligence)概念及解决方案，并已在BP,Sh el等公司实施。随后Honeywel公司也提出了一体化业务解决方案(Business Flex)已在Exxon-Mobil，LG-CALTEX等公司实施。Emerson、Invensys等公司也相继推出数字工厂(digital Plant)、智能工厂(Smart Plant)、智能企业(Inteligent Enterprise)等方案。

“智能石化工厂”将自动化技术和IT技术相结合，是集石化业务规划决策优化、计划方案优化、调度优化和在线闭环控制优化于一身的综合技术。同时，也是信息化集成应用平台。其体系结构是灵魂，模型是核心，应用构架是关键，优化技术是企业资源合理配置的手段，而控制技术是提高产品质量降低企业成本的重要途径。

“智能石化工厂”到目前为止并未有一个统一的定义，其特征是依托数字化、网络化实现石化企业生产过程和经营过程中各环节的集中计划、监控、管理和协调，依托模型化、信息化对生产过程和经营过程以及战略决策进行模拟和调整。也可以说数字化、网络化、模型化、信息化的集成构成了智能化。

1.2 智能化生产技术的总体特征

智能化生产技术是中国石化工业实现大型化、一体化、清洁化、高效化、国际化、现代化的需要，是石油化工流程进步的重大技术基础，其总体特征为：

    (1)符合石油化工企业大型化、一体化、清洁化、高效化、国际化、现代化的需要，充分体现安全、健康、环保和循环经济的理念；
    (2)生产过程控制装备的数字化、智能化、网络化；
    (3)实现设计、生产、经营管理诸环节的柔性化、敏捷化、虚拟化；
    (4)科研、设计、工程、生产、经营和决策的数字化、自动化、智能化、网络化；
    (5)生产过程自动化与企业生产、经营管理信息化的一体化、集成化；
    (6)公司与供应商、客户、合作伙伴协同业务的网络化、全球化。

2 智能化生产技术应用现状与发展趋势

2.1 应用现状

表1为国外部分发达国家石化企业智能化生产技术应用现状表；表2为国外部分发展中国家石化企业智能化生产技术应用现状表；表3为国内外部分石化企业的智能化生产技术应用现状比较表；图1为1998年中国与世界部分国家能源消耗对比图。

表1 国外部分发达国家石化企业智能化生产技术应用现状

表2 国外部分发展中国家石化企业智能化生产技术应用现状

表3 国内外部分国家石化企业的智能化生产技术应用现状比较

图1 1998年中国与世界部分国家能源消耗对比

从表1～3及图1可看出，我国的石化企业在智能化生产技术应用水平以及能源消耗方面与国外发达国家的石化企业存在相当大的差距。即使与国外部分发展中国家(如巴西、印度等)的石化企业相比，也存在一定差距。因此，大力推广智能化生产技术的应用，是提高我国石化行业的核心竞争力的重要策略之一，也是迫在眉睫的重要任务。

2.2 发展趋势

20世纪90年代至21世纪初，是信息技术、智能化技术高速发展的时代。由于信息技术、智能化技术特有的先导性、渗透性，使其在石油化工领域的发展呈现以下特点：

    (1)开发开放式系统(Open System)。即将专业信息系统集成为大系统，从传感器到业务系统，从供应商到客户；
    (2)开发专家系统、人工智能决策咨询工具，各个层次都广泛使用辅助决策；
    (3)开发过程科学与工程技术(PS&ET)，推广应用工艺过程软件；
    (4)推进工厂智能化，开发虚拟工厂，模拟装置开工、停工和故障异常处理，验证生产过程中的物料、能量平衡。培训操作人员，改进生产方案和设计方案；
    (5)发展智能仪表与现场总线。在高新技术推动下，自动化仪表与装置正跨入真正的数字化、智能化和网络化时代，其技术发展主流是测量信息数字化，检测仪表智能化和控制管理一体化；
    (6)信息集成系统已经成熟为统一的模式-智能工厂；
    (7)生产制造执行系统(MES)成为近10年来的热点；
    (8)重视建立生产经营管理的模型；
    (9)从ERP推广应用扩展到供应链管理(Suply Chain Management)；
    (10)电子商务(E-commerce)发展迅猛；
    (11)重视知识管理系统(Knowledge Management System)。

3 全厂智能化总体解决方案

下面以某中外合资大型炼油乙烯一体化项目为例，对全厂智能化总体解决方案加以阐述。该炼油乙烯一体化项目主要由以下五大部分及其配套公用工程和辅助设施组成：

    (1)新建8000kt/a年炼油厂，包括：常减压、车敷回收、燃料气/液化气脱硫/脱硫醇、加氢处理、柴油加氢精制、航煤加氢精制、加氢裂化、溶剂脱沥青、MTBE/1-丁烯、含硫污水汽提、硫磺回收等装置。
    (2)新建800kt/a乙烯厂，包括：乙烯装置、汽油加氢装置、聚乙烯装置、聚丙烯装置。
    (3)新建700k t/a芳烃联合装置(PX)。
    (4)新建部分氧化及汽电联产(IGCC)装置。
    (5)现有4000kt/a炼油厂改造(共改造5套装置)。

该炼油乙烯一体化项目全厂智能化总体解决方案采用自动化控制系统和信息管理系统集成的“管控一体化”方案。(见图2)

图2 管控一体化方案

3.1 自动化控制系统

以过程控制系统(PCS)为代表的自动化控制系统，又称为基础自动化层。主要包括：分散控制系统/现场总线控制系统(DCS/FCS)、安全仪表系统(SLS)、火灾及气体监测系统(FGS)、储运自动化系统(MAS)、压缩机组控制系统(CCS)、机组监控系统(MMS)、设备包控制系统(PLC)、在线分析仪系统(PAS)、仪表设备管理系统(AMS)、操作员培训仿真系统(OTS)、过程控制计算机系统(PCCS)(实施先进控制APC和实时优化RTO等)等系统，其核心是DCS/FCS系统。