煉油廠部分生產(chǎn)裝置提高儀表自控率和控制優(yōu)化

摘 要：烏石化煉油廠140萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置、120萬(wàn)t/a延遲焦化裝置、100萬(wàn)t/a加氫裂化裝置、100萬(wàn)t/a大芳烴裝置、600萬(wàn)t/a常減壓裝置及4萬(wàn)t/a硫磺回收裝置在自動(dòng)控制和生產(chǎn)及管理方面做了大量工作，但裝置還普遍存在自控率無(wú)法達(dá)到集團(tuán)公司要求的95%以上，控制系統(tǒng)過(guò)程報(bào)警繁多問(wèn)題，為了解決自控率較低、生產(chǎn)過(guò)程平穩(wěn)率不高、復(fù)雜控制回路投用率低、控制波動(dòng)大、裝置操作報(bào)警頻繁等問(wèn)題，對(duì)裝置部署自控平穩(wěn)率監(jiān)控、報(bào)警操作記錄監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行控制系統(tǒng)優(yōu)化，提升裝置儀表自控率，提高裝置平穩(wěn)率，減少裝置操作勞動(dòng)強(qiáng)度，使裝置報(bào)警設(shè)置規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)“全流程自動(dòng)”、“一鍵操作”和“黑屏操作”。

關(guān)鍵詞：自控平穩(wěn)率監(jiān)控;全流程自動(dòng);一鍵操作;黑屏操作

1 概述

生產(chǎn)安全是企業(yè)的生命，只有安全的生產(chǎn)才能在創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)，營(yíng)造社會(huì)的和諧。企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，工藝的先進(jìn)與復(fù)雜，平穩(wěn)、安全的生產(chǎn)更加依賴于自動(dòng)化水平提高。目前烏石化煉油廠140萬(wàn)t/a重油催化裂化裝置、120萬(wàn)t/a延遲焦化裝置、100萬(wàn)t/a加氫裂化裝置、100萬(wàn)t/a大芳烴裝置、600萬(wàn)t/a常減壓裝置及4萬(wàn)t/a硫磺回收裝置在生產(chǎn)及管理方面做了大量工作，但仍存在以下問(wèn)題：

①部分PID控制回路處于手動(dòng)狀態(tài)、或者難以長(zhǎng)周期自動(dòng)運(yùn)行、儀表設(shè)置的PID參數(shù)不合理;

②部分投入自動(dòng)運(yùn)行的回路運(yùn)行效果不好，表現(xiàn)為波動(dòng)幅度大，有的甚至接近等幅振蕩。有的投入自動(dòng)運(yùn)行回路本身波動(dòng)不大，但是閥門(mén)大幅度變化，造成下游工況的惡化，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行;

③存在純粹為了投自動(dòng)而投自動(dòng)的情況，平穩(wěn)率有待提高。為了提高自控率這項(xiàng)重要指標(biāo)進(jìn)行投自動(dòng)，沒(méi)有從上下游平衡和裝置的整體考慮控制問(wèn)題，閥門(mén)波動(dòng)大、彼此不協(xié)調(diào)或?qū)αⅲ斐裳b置的波動(dòng)或者振蕩，裝置的平穩(wěn)性有待提高;

④由于裝置平穩(wěn)率不高，造成裝置產(chǎn)品的收率波動(dòng)較大，操作工手工操作頻繁，操作方式和手法存在較大分散性和不同，造成裝置操作的不穩(wěn)定，造成裝置產(chǎn)品的收率波動(dòng)較大;

⑤控制系統(tǒng)過(guò)程報(bào)警繁多，目前各種回路采用缺省的報(bào)警值，沒(méi)有根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定合理的報(bào)警值。各種原因報(bào)警產(chǎn)生的數(shù)量多，如因設(shè)備故障的報(bào)警不能及時(shí)處理，報(bào)警數(shù)量多且時(shí)間間隔短，造成報(bào)警刷屏的效果，真正需要關(guān)注的重要報(bào)警信息可能淹沒(méi)在大量的無(wú)效報(bào)警信息中，操作人員容易忽視重要的報(bào)警信息出現(xiàn)生產(chǎn)事故;

⑥裝置自控率無(wú)法達(dá)到集團(tuán)公司要求的95%以上。中國(guó)石油天然氣股份有限公司煉油與化工分公司文件關(guān)于印發(fā)煉油與化工分公司2017年設(shè)備工作要點(diǎn)的通知（油煉化{2017}16號(hào)）中第二條款的要求：聯(lián)鎖管理滿足安監(jiān)總局的要求，自控率高于95%。

2 改造計(jì)劃和方案

2.1 裝置自控率控制器優(yōu)化方案

建立自控率監(jiān)控系統(tǒng)，最核心的是“控制器參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)”，“控制器參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)”整定按模塊化的方式，各模塊（各子系統(tǒng)）主要功能如下：數(shù)據(jù)交換接口模塊從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù);對(duì)象的動(dòng)態(tài)測(cè)試模塊產(chǎn)生各類的測(cè)試信號(hào)加入被控對(duì)象，得到期望的測(cè)試數(shù)據(jù);對(duì)象模型辨識(shí)模塊根據(jù)測(cè)得的過(guò)程數(shù)據(jù)，辨識(shí)得到對(duì)象的特性;模型仿真模塊根據(jù)對(duì)象實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，看模型是否達(dá)到期望的精度，若達(dá)到，則滿足要求，若不滿足，則從新進(jìn)行辨識(shí);PID參數(shù)整定模塊根據(jù)辨識(shí)得到的模型進(jìn)行控制器參數(shù)的整定;整定后的PID參數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行顯示或則下發(fā)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

2.2 自控平穩(wěn)率監(jiān)控系統(tǒng)搭建方案

自控平穩(wěn)率監(jiān)控系統(tǒng)是基于公司MES專網(wǎng)，從MES網(wǎng)絡(luò)中將需要的參數(shù)取出以供統(tǒng)計(jì)自控率和平穩(wěn)率。自控率監(jiān)控、平穩(wěn)率統(tǒng)計(jì)、PID參數(shù)整定與優(yōu)化軟件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，自控平穩(wěn)率監(jiān)控系統(tǒng)是為了監(jiān)督PID參數(shù)整定項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度、檢驗(yàn)實(shí)施效果，并作為對(duì)各生產(chǎn)裝置的自控率、平穩(wěn)率水平進(jìn)行監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)、分析、評(píng)比、考核的提供全方位監(jiān)控平臺(tái)，自控平穩(wěn)率監(jiān)控及評(píng)比系統(tǒng)依照功能劃分，主要可劃分為用戶登錄模塊、實(shí)時(shí)自控率查詢模塊、歷史自控率查詢模塊、實(shí)時(shí)平穩(wěn)率查詢模塊、歷史平穩(wěn)率查詢模塊、實(shí)時(shí)不參與統(tǒng)計(jì)自控率模塊、歷史不參與統(tǒng)計(jì)自控率模塊、自控率裝置排名及平穩(wěn)率裝置排名模塊等。

2.3 全裝置報(bào)警梳理黑屏黑屏實(shí)施優(yōu)化技術(shù)方案

對(duì)生產(chǎn)裝置DCS實(shí)施黑屏監(jiān)控、數(shù)據(jù)交換接口模塊從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)、進(jìn)行裝置報(bào)警和黑屏分析，形成優(yōu)化方案，新的設(shè)置參數(shù)下發(fā)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。消除裝置大量無(wú)效報(bào)警，提供報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警信息采集，實(shí)現(xiàn)裝置“全流程自動(dòng)”“一鍵操作”及“黑屏操作”。

2.4 控制系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)施內(nèi)容

通過(guò)自控平穩(wěn)率監(jiān)控軟件對(duì)6套裝置的872個(gè)回路進(jìn)行對(duì)象特性辨識(shí)，根據(jù)辨識(shí)的對(duì)象特性，選擇合適的PID控制形式，然后對(duì)該回路控制方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)，再根據(jù)對(duì)象特性和選定的PID控制形式整定PID參數(shù)，然后將合適的PID參數(shù)置入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

①用預(yù)測(cè)控制和內(nèi)?？刂频姆椒ê蚉ID相結(jié)合，采用預(yù)測(cè)-PID、內(nèi)模-PID技術(shù)去優(yōu)選PID控制的形式。當(dāng)前無(wú)論是溫度、流量、液位還是壓力，也不管對(duì)象的具體特點(diǎn)（如不管是加熱爐還是分餾塔），控制形式均采用一種PID控制形式，這不符合要求。而本項(xiàng)目的目的是：不同的對(duì)象，運(yùn)用預(yù)測(cè)-PID、內(nèi)模-PID及仿真技術(shù)，選用合適的、效果好的PID控制形式，如對(duì)流量的調(diào)節(jié)可采用以下PID形式，在這種形式下，流量調(diào)節(jié)閥前泵對(duì)流量抖動(dòng)干擾的影響將濾除，起到好的控制效果。當(dāng)然，改變PID控制形式要在DCS上對(duì)組態(tài)進(jìn)行一點(diǎn)調(diào)整，目前各生產(chǎn)裝置DCS可以在生產(chǎn)狀態(tài)下方便的在線調(diào)整組態(tài)，不會(huì)影響生產(chǎn)，并且很簡(jiǎn)單;

②對(duì)于一個(gè)對(duì)象，對(duì)該對(duì)象選定的特定的PID控制形式，根據(jù)對(duì)象的具體特點(diǎn)，用預(yù)測(cè)、內(nèi)模等先進(jìn)控制算法去整定PID的參數(shù)，使對(duì)象穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、控制精度高;

③根據(jù)工藝流程特點(diǎn)，根據(jù)全流程自動(dòng)的思想，按照控制的需要，適當(dāng)?shù)男薷目刂品桨福ㄈ缃M態(tài)串級(jí)方案，比例控制等），在項(xiàng)目實(shí)施期間，對(duì)6套裝置共計(jì)50個(gè)控制方案進(jìn)行了修改。

根據(jù)以上調(diào)整優(yōu)化原則控制回路質(zhì)量得到了極大的改善，從原來(lái)的波動(dòng)的鋸齒狀調(diào)整到可控范圍平穩(wěn)運(yùn)行。

3 實(shí)施效果

①提高裝置自控率：6套裝置的自控率均達(dá)到了95%以上，有些裝置的自控率甚至可以達(dá)到100%，平均自控率在98%以上;

②提高裝置自控率平穩(wěn)率：達(dá)到了項(xiàng)目要求各裝置平穩(wěn)率提高0.2%或長(zhǎng)期保持在98%以上的目標(biāo);

③操作報(bào)警優(yōu)化，通過(guò)報(bào)警優(yōu)化軟件梳理報(bào)警，6套裝置的報(bào)警頻次由每天的上千次報(bào)警減少到百次，減少了6.～7倍報(bào)警。報(bào)警優(yōu)化前每日可達(dá)30次操作，現(xiàn)在只需每日調(diào)整1～2次，甚至不用操作就可達(dá)到工藝要求;

④黑屏操作：大芳烴、重催、加氫裂化、延遲焦化、4萬(wàn)t硫磺、600萬(wàn)常壓裝置實(shí)現(xiàn)黑屏操作;

⑤“全流程自動(dòng)”和“一鍵操作”：在滿足工藝協(xié)調(diào)、原料配比等方面條件下，則可以達(dá)到“全流程自動(dòng)”“一鍵操作”。當(dāng)裝置自控率達(dá)到或接近100%，可以在全自動(dòng)、沒(méi)有操作工干預(yù)下安全、長(zhǎng)時(shí)間（如30min）可靠自動(dòng)運(yùn)行達(dá)到“全流程自動(dòng)”。當(dāng)裝置達(dá)到全自動(dòng)流程時(shí)，裝置需要提量或者降量時(shí)，只要改變進(jìn)料量給定一個(gè)變量（一次鍵入流量給定），整個(gè)裝置可達(dá)到自動(dòng)跟蹤和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“一鍵操作”。

綜上所述，自動(dòng)平穩(wěn)率監(jiān)控平臺(tái)和報(bào)警管理監(jiān)控系統(tǒng)在煉油廠重油催化裂化裝置、延遲焦化裝置、加氫裂化裝置、大芳烴裝置、常減壓裝置及硫磺回收裝置得到很好應(yīng)用，提高了生產(chǎn)裝置自控率、平穩(wěn)率、報(bào)警系統(tǒng)的智能化和信息化的管理，減輕了工藝操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)各裝置實(shí)施全流程自動(dòng)控制優(yōu)化，提高裝置整體自動(dòng)控制水平，促進(jìn)全流程自動(dòng)安全生產(chǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]康周.自控率監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)管理信息化，2014（02）.

作者簡(jiǎn)介：

劉麗（1980- ），女，漢族，山東泰安人，高級(jí)工程師，主要從事儀表控制系統(tǒng)維護(hù)和管理工作。