APC在常减压装置的应用

       　　作者：黄凡峻
　　单位：天津石化炼油部 天津 300000
　　摘 要：APC即先进控制。随着近年来中石化总部对于APC在石油炼化装置应用的效果认可，APC在整个中石化推行已经成为必然。本人正在参与部分装置 APC的实施应用过程。在此介绍一下先进过程控和基本原理，以及先进控制在中石化股份有限公司天津分公司炼油部3#常减压装置的具体的实施情况。
　　关键词：APC 先进控制 多变量模型预估 矩阵
　　一、引言
　　当前国际原油价格不断攀升，中石化面对国际、国内激烈的市场竞争， 石油、化工企业面临严重的挑战，部分品种的产能过剩。而且与发达国家的企 业相比，中石化企业在质量卡边控制、生产成本控制、技术升级改进、能耗 计算控制等方面存在较大的差距。发达国家的经验表明，流程模拟、先进控制 （APC）与过程优化技术（RTO）是提高企业经济效益、降低生产成本、提高 综合商品率，使企业提高在国际市场中的创新力、应变力、适应力的主要技术 手段之一。国内的石化、化工企业在生产控制的方式上主要应用的控制模式还 是基本的PID控制系统，PID控制是单变量给定点的控制方法，有些复杂的带前 馈工况无法做到精确平稳的控制，在装置的节能降耗，提高经济效益方面常规 控制已经越来越显得力不从心，但是APC将在这些方面做出显著的改善。
　　二、正文
　　1.先进控制的优越性
　　1.1APC会根据预先设定的控制目标设定控制目标，实现了对于装置的自 动控制而不仅仅是单个的回路的控制。 1.2APC还提供了增产和增效的平台，可以设定不同的控制目标。 1.3从操作的角度讲，先进控制与常规控制的最大不同是常规控制多是给 定点控制，而先进控制是变量约束范围（上下限值）控制，操作员的任务是设 置控制目标和阀门的约束范围，而很少是控制目标的给定点。提高了装置操作 的平稳性。 1.4先进控制还可以提供各种对装置施加作用的手段。 1.5常规的PID对于一些复杂动态特性和过程控制效果不佳，例如时间滞后 比较大的变量控制，不可预测的干扰的控制，过程响应慢，平稳性有求要的控 制。先进控制可以很好的解决这些问题。 1.6常规控制不能对重要的参数实时测量，例如化学反应深度，产品组 成，原料与中间产物的组成等，这些都可以通过先进控制的软仪表技术实现实 时监控。
　　2.先进控制的基本原理
　　2.1基本概念： 自变量：自变量是不受过程中其它变量影响，能自由变化的过程变量。 自变量包括两种类型： 2.1.1操作变量（MV）：装置操作工能调节的变量。例如：常规控制器的设定值（*.SP），控制阀阀位（*.VP）。 2.1.2前馈/干扰变量（FF/DV）：能影响过程但是不能直接调节的变量。例 如：无控制的进料压力或随天气改变的冷却水温度。 因变量（*.PV）：能完全用自变量的变化来描述的过程变量。维持在设定 值或者上下限之间。
　　2.2多变量动态模型预估基本原理 多变量动态模型的具有线性特性，叠加特性。通过矩阵归纳得到模型公 式： δCV=A×ΔI 这里A代表模型，ΔI代表自变量的变化量（阶跃变化），δCV因变量未 来的变化量。 2.3 多变量模型预估方法的用途 2.3.1模型辨识：通过阶跃测试可以搜集自变量和因变量变化的关系，最后 辨识出被控对象准确的模型函数。 2.3.2预估：通过模型的辨识我们可以掌握被控对象的特性，得到模型函 数。那么我们所有自变量的变化是已知的，这时就可以得到被控对象未来的变 化。 2.3.3控制：辨识出对象的模型后，我们可以设定被控对象的控制目标，通 过模型函数反算出自变量应该如何变化，从而达到我们的预设的控制目标。
　　三、先进控制常减压的应用
　　1.工艺工程简介与分析 中国石油化工股份有限公司天津分公司3#常减压蒸馏装置设计加工能力为 1000万吨/年（年开工时数按8400小时计），主要加工沙特阿拉伯轻油和沙特 阿拉伯重油的混合原油（混合比为1：1）。装置主要由原油电脱盐脱水部分、 常压蒸馏部分、减压蒸馏部分、轻烃回收部分等组成主要生产液化气、石脑 油、航煤、柴油馏分、蜡油馏分和减压渣油等。
　　2.项目总体设计 2.1项目总体目标和实施范围 常减压装置先进控制的总体目标是：提高装置操作平稳率，关键被控变量 标准偏差降低20%以上；提高生产过程的安全性，平稳性；平稳控制常一线闪 点和石脑油干点等，优化侧线产品分割精度；拔出率提高0.25个百分点；控制 加热炉支路平衡，提高炉效率，装置总能耗降低1%以上。 本先进控制系统的范围包括如下单元：常压炉部分、常压塔、轻烃回收、 减压部分。 2.2系统体系结构
　　根据天津分公司3#常减压装置的工艺操作特点、装置当前操作管理状况， 结合先进控制器技术特点，项目实施初步设计采用5个APC控制器，分别是： 常压炉支路平衡器、常压塔控制器、减压炉支路平衡控制器和减压塔控制器、 炉效率控制器。 2.3控制器设计 2.3.1 常压炉支路平衡控制器 2.4 DCS逻辑主要实现以下功能： 上位机与DCS通信监控，通信中断时，将各控制回路切出先进控制器，返 回到常规控制状态； 检查回路当前状态，判断是否具备投运条件。如具备，将回路状态设置为 正确的投运状态，即SPC或DDC，如不具备，将回路返回常规状态。
　　四、结论
　　目前该项目已投入使用，达到了预期的效果。经济效益可观。
　　参考文献：
　　[1]加快实施先进过程控制（APC）节能减排优化生产：刘裔安[EB/OL].[2013-9- 15]
　　[2]Aspen IQ and IQmodel Powertools：Y.A.Liu[EB/OL].[2013-9-15]
　　[3]中国石化天津分公司3#常减压装置先进控制推广应用项目初步设计报告：石 化盈科[EB/OL][2013-9-15]

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2019-08-25