天津石化連續(xù)重整實時優(yōu)化項目經(jīng)驗分享

文/呂建新

天津石化100 萬t/a 連續(xù)重整裝置在線實時優(yōu)化（RTO）項目挑戰(zhàn)及解決方案分享——天津石化在線優(yōu)化技術(shù)在重整裝置上的實施，不僅提高了裝置處理量，減少了能源消耗，更為煉化企業(yè)的整體優(yōu)化水平、推動企業(yè)降本增效提供了重要的借鑒意義。

2021 年天津石化100 萬t/a連續(xù)重整裝置在線實時優(yōu)化（RTO）項目正式投用，開創(chuàng)了國內(nèi)同類裝置在線實時優(yōu)化先河。

提高加工量、產(chǎn)品收率，降低能耗是煉化企業(yè)的主要優(yōu)化方向。為實現(xiàn)裝置協(xié)調(diào)控制和整體效益最優(yōu)，天津石化不斷加大創(chuàng)新力度，對先進(jìn)控制技術(shù)進(jìn)行升級。選擇與行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)專家石化盈科和霍尼韋爾一起，共同開啟合作與賦能之旅。通過在線模型更新技術(shù)、實時動態(tài)優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)連續(xù)重整裝置的整體實時優(yōu)化。

該項技術(shù)具有實時性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)尚屬首次應(yīng)用，對煉化企業(yè)提升整體優(yōu)化水平、降本增效具有借鑒意義。

項目背景

以石油化工為代表的流程工業(yè)是中國傳統(tǒng)的國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。我國煉油行業(yè)在資本和市場逐步開放的環(huán)境下迅猛發(fā)展，國企、民營和合資煉廠的煉制規(guī)模不斷擴(kuò)大，加工一體化趨勢日益加深，加之資源限制及環(huán)保要求的提高，市場競爭進(jìn)入白熱化階段。傳統(tǒng)煉化企業(yè)如何利用先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)、提質(zhì)增效并塑造核心競爭力至關(guān)重要。優(yōu)化生產(chǎn)、挖潛增效，勢在必行！

什么是RTO？

在線實時優(yōu)化（RTO）技術(shù)，實時跟蹤原料性質(zhì)、現(xiàn)場參數(shù)等變化，在滿足工藝、設(shè)備約束的前提下，以原料、產(chǎn)品、公用工程價格為導(dǎo)向，利用數(shù)學(xué)模型、機(jī)理模型和快速、高效的優(yōu)化與控制技術(shù)，對生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整，與APC 先進(jìn)過程控制技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)在線閉環(huán)控制，以實現(xiàn)裝置生產(chǎn)達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益操作點(diǎn)。

項目挑戰(zhàn)

天津石化連續(xù)重整實時優(yōu)化項目主要是針對其連續(xù)重整裝置的現(xiàn)狀和生產(chǎn)需求，在已有的先進(jìn)控制投資基礎(chǔ)上進(jìn)行提升和改進(jìn)，進(jìn)一步開發(fā)實施重整反應(yīng)及再生單元工藝機(jī)理計算、精餾嚴(yán)格工藝模型、先進(jìn)控制的再開發(fā)、動態(tài)實時優(yōu)化和在線模型增益更新技術(shù)，實現(xiàn)整個連續(xù)重整裝置的區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化。

在對現(xiàn)有連續(xù)重整先進(jìn)控制應(yīng)用情況分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)對區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化的實際要求，對現(xiàn)有的預(yù)加氫、重整反應(yīng)、重整再生、脫戊烷塔和脫丁烷塔的先進(jìn)控制器進(jìn)行了重新設(shè)計。在先進(jìn)控制器的設(shè)計中充分考慮了區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化系統(tǒng)對下層先進(jìn)控制的要求，使先進(jìn)控制系統(tǒng)滿足實時優(yōu)化系統(tǒng)的要求。在此基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計動態(tài)實時優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)整個連續(xù)重整裝置的區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化。在項目啟動前，主要面臨以下挑戰(zhàn)。

如何突破穩(wěn)態(tài)實時優(yōu)化系統(tǒng)的局限性

基于穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型的實時優(yōu)化在實際生產(chǎn)過程中有諸多局限性，例如由于需要開發(fā)完整的過程機(jī)理模型，項目投資成本高，需要專業(yè)隊伍根據(jù)維護(hù)裝置模型精度，復(fù)雜的模型計算導(dǎo)致執(zhí)行周期很長，以及影響實時優(yōu)化效果等。RTO 可讓裝置達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益操作點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 RTO 可讓裝置達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益操作點(diǎn)

如何為連續(xù)重整裝置建模和優(yōu)化

連續(xù)重整裝置是煉化一體化企業(yè)的關(guān)鍵裝置。該裝置的原料來源復(fù)雜、性質(zhì)變化大且頻繁，工況多變且反應(yīng)機(jī)理及操作條件復(fù)雜，給實現(xiàn)建模和優(yōu)化帶來許多困難。

如何突破同類項目的從“0”到“1”

連續(xù)重整裝置已配備APC 系統(tǒng)多年，應(yīng)用經(jīng)驗十分豐富，但最大的挑戰(zhàn)是，該項目是RTO 技術(shù)在國內(nèi)連續(xù)重整裝置的首次應(yīng)用，并沒有成功經(jīng)驗可以參考。因此項目實施難度大、解決方案的創(chuàng)新性強(qiáng)，且硬件的水平要求也非常高。

霍尼韋爾解決方案

在整個項目實施過程中，霍尼韋爾高效且專業(yè)的服務(wù)貫徹始終。在確定客戶的需求后，開發(fā)了實施重整反應(yīng)及再生單元工藝機(jī)理計算，以及在線模型增益更新技術(shù)，具體應(yīng)用效果，如圖2所示。為實現(xiàn)整個連續(xù)重整裝置的區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化，霍尼韋爾還提供了如下服務(wù)。

高精度的UniSim 精餾嚴(yán)格工藝模型

作為霍尼韋爾重要的化工流程模擬軟件，UniSim 是目前全球領(lǐng)先的動態(tài)模擬工具，強(qiáng)大的內(nèi)置分析工具和高精度的模擬，幫助客戶輕松建立了精餾嚴(yán)格工藝模型。

Profit SuiteTM 先進(jìn)控制與動態(tài)實時優(yōu)化系統(tǒng)

針對煉化行業(yè)，霍尼韋爾的先進(jìn)控制與優(yōu)化綜合解決方案系統(tǒng)平臺主要由Profit SuiteTM系列軟件產(chǎn)品組成，擁有Profit Controller、Profit Optimizer 及Profit Stepper 等核心應(yīng)用。此外，Profit SuiteTM內(nèi)置有霍尼韋爾 UOP 的專利工藝知識，通過與UniSim 軟件的集成，可實現(xiàn)工藝設(shè)計、控制、優(yōu)化和裝置最佳化的綜合應(yīng)用。

其中，Profit Optimizer 軟件為解決實時動態(tài)優(yōu)化控制問題而生。不同于傳統(tǒng)的基于嚴(yán)格機(jī)理建模的優(yōu)化控制方法，由于Profit Optimizer 的執(zhí)行頻率達(dá)到分鐘級，可以在確定優(yōu)化操作點(diǎn)時不需要過程處于穩(wěn)態(tài)，可實現(xiàn)真正的動態(tài)優(yōu)化。

此外，Profit Optimizer 無須建立嚴(yán)格的模型，不僅可以確定優(yōu)化的操作點(diǎn)，而且可以確定到達(dá)該優(yōu)化操作點(diǎn)的最佳路徑，具有高投資回報率，可以取得與傳統(tǒng)RTO 技術(shù)相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，但開發(fā)、實施及維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)RTO。

項目成果

整套系統(tǒng)上線試運(yùn)行后，系統(tǒng)操作界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定且優(yōu)化效果明顯，明顯降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提升了裝置運(yùn)行平穩(wěn)性及控制水平，實現(xiàn)了裝置的精細(xì)化和智能化操作。

從2021 年5 月至今，在線實時優(yōu)化技術(shù)在天津石化連續(xù)重整裝置上運(yùn)行效果良好。在系統(tǒng)投運(yùn)率、裝置總芳烴收率及氫氣產(chǎn)量等方面都有明顯改善。

項目成功集合了重整工藝機(jī)理模型的重整工藝計算包，實時更新先進(jìn)控制模型和優(yōu)化模型，并利用非線性機(jī)理模型對生產(chǎn)的線性動態(tài)模型，及時進(jìn)行更新使其及時加以適應(yīng)，提高了裝置的自動化程度，做到了“動”與“靜”的結(jié)合。構(gòu)建閉環(huán)動態(tài)優(yōu)化平臺，在國內(nèi)重整裝置上應(yīng)用屬首創(chuàng)技術(shù)。

借鑒價值

該項目在重整裝置上構(gòu)建閉環(huán)動態(tài)優(yōu)化平臺，在國內(nèi)是一項首創(chuàng)技術(shù)，它成功開創(chuàng)了國內(nèi)同類裝置在線實時優(yōu)化的先河，并為未來煉廠的優(yōu)化提供了許多珍貴的經(jīng)驗參考。

· 在連續(xù)重整裝置中應(yīng)用RTO技術(shù)，可以幫助煉化企業(yè)提高重整裝置的生產(chǎn)能力，提高其芳烴收率或液收，且應(yīng)用效果顯著。

· 基于動態(tài)實時優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合動態(tài)實時區(qū)域優(yōu)化模型和先進(jìn)的在線模型增益更新技術(shù)，在國內(nèi)連續(xù)重整類裝置上實施是可行的，對于裝置進(jìn)一步挖潛增效提供了切實可行的優(yōu)化思路。

· 該項目為國內(nèi)同類裝置RTO技術(shù)的落地提供廣泛的應(yīng)用場景。

· 該技術(shù)可以有效降低操作人員勞動強(qiáng)度，并對裝置進(jìn)行7×24 h 的在線閉環(huán)優(yōu)化，幫助裝置實現(xiàn)精細(xì)化的操作和控制，為企業(yè)高效生產(chǎn)和效益提供有力抓手，同時為未來生產(chǎn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了保障。