常減壓裝置自動(dòng)控制優(yōu)化與提升

丁星(中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

儀表自控率是石油化工裝置重要的指標(biāo)，在石油化工裝置的運(yùn)行中起到重要的作用[1]。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提升，企業(yè)信息化管理日益完善，我國(guó)石化行業(yè)對(duì)于生產(chǎn)裝置的自控率、平穩(wěn)率以及生產(chǎn)裝置的在線監(jiān)控日益重視。作為煉廠龍頭的常減壓裝置生產(chǎn)流程長(zhǎng)、控制回路多，持續(xù)提高常減壓裝置自動(dòng)化水平，優(yōu)化其控制性能對(duì)于原油加工意義重大[2]。

1 常減壓裝置存在問(wèn)題

1.1 手動(dòng)回路多，裝置儀表自控率偏低

項(xiàng)目實(shí)施前常減壓裝置實(shí)際儀表自控率普遍偏低，很多關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)無(wú)法長(zhǎng)期投用自動(dòng)控制。操作人員、工藝技術(shù)人員、生產(chǎn)技術(shù)人員不熟悉控制器參數(shù)的整定及控制器類(lèi)型的選擇，沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員對(duì)裝置所有控制器參數(shù)及控制效果展開(kāi)針對(duì)性的優(yōu)化，當(dāng)前的控制水平滿(mǎn)足不了裝置自控率提升的要求。

1.2 裝置串級(jí)等復(fù)雜控制回路投用率低

串級(jí)控制是裝置控制回路設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的復(fù)雜控制回路，對(duì)于生產(chǎn)裝置及工藝指標(biāo)控制有很重要的影響，較多串級(jí)或比值控制與產(chǎn)品質(zhì)量及反應(yīng)深度等直接相關(guān)。目前，裝置對(duì)單個(gè)控制回路的參數(shù)整定與優(yōu)化尚不成熟，很難對(duì)串級(jí)控制、比值控制或三沖量控制等復(fù)雜控制進(jìn)行優(yōu)化與投用，導(dǎo)致裝置實(shí)際串級(jí)投用效果較差或無(wú)法投用串級(jí)控制。

1.3 裝置各工藝參數(shù)控制效果有待提升

裝置被控變量的平穩(wěn)控制對(duì)裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)有很大幫助。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目實(shí)施前手動(dòng)控制回路控制精度低，很多控制回路雖投用自動(dòng)控制，但實(shí)際控制效果一般，主要體現(xiàn)在控制回路跟蹤速度慢、控制回路波動(dòng)大等方面。

1.4 裝置操作強(qiáng)度及操作難度較大

當(dāng)前裝置自控率不高、部分投用自動(dòng)控制的回路運(yùn)行效果不好、裝置波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致裝置操作比較困難。裝置上存在操作工操作難度較大，且操作量降不下來(lái)的難題。

1.5 裝置部分控制方案不符合當(dāng)前控制需求

根據(jù)不同裝置不同工況特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)有不同控制策略及控制方法，尤其運(yùn)行中裝置儀表、閥門(mén)、公用工程、處理量等變量的不確定，優(yōu)化人員需要深入研究被控單元指標(biāo)及參數(shù)之間的相互關(guān)系，提出對(duì)裝置實(shí)際控制、操作便利性和產(chǎn)品質(zhì)量等有益的方案。舉例如下：

項(xiàng)目實(shí)施前常壓塔液位與減壓爐各支路流量為串級(jí)控制，由于需要保持各支路出口溫度基本一致，導(dǎo)致常壓塔底液位無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，為控制各支路溫度和常底液位，操作員需要經(jīng)常調(diào)節(jié)各支路流量閥，常壓塔底液位在46%～60%范圍內(nèi)波動(dòng)，4條支路溫差經(jīng)常達(dá)到2.5 ℃，影響爐子熱效率。

1.6 裝置報(bào)警未實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警頻繁

報(bào)警管理是企業(yè)采用信息化管理提升裝置安全監(jiān)管的重要手段，目前全廠裝置未能實(shí)現(xiàn)有效在線監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)分析?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)警頻繁，部分回路采用缺省報(bào)警值，沒(méi)有根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定合理的報(bào)警值，有時(shí)又因設(shè)備故障產(chǎn)生的報(bào)警不能及時(shí)處理，產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)量多而且時(shí)間間隔短，存在報(bào)警泛濫的現(xiàn)象。

2 項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)

常減壓裝置進(jìn)行控制系統(tǒng)優(yōu)化、提高控制精度、改善控制效果的目標(biāo)如下：實(shí)時(shí)自控率達(dá)到96%以上，月均自控率達(dá)到98%以上；提高控制回路的控制質(zhì)量，控制平穩(wěn)率達(dá)到98%以上；提高裝置生產(chǎn)平穩(wěn)率，降低目標(biāo)產(chǎn)品收率的波動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量；裝置日均發(fā)生過(guò)程報(bào)警次數(shù)降為實(shí)施前的10%，或者50次/100個(gè)控制回路；裝置日均操作次數(shù)降為實(shí)施前的10%，或者100次/100個(gè)控制回路；實(shí)現(xiàn)裝置的全流程自動(dòng)、一鍵操作和最長(zhǎng)無(wú)報(bào)警時(shí)間操作。

3 項(xiàng)目?jī)?yōu)化內(nèi)容

3.1 控制回路優(yōu)化

對(duì)生產(chǎn)裝置的每一個(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，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)。

3.2 全流程自動(dòng)和一鍵操作

滿(mǎn)足工藝協(xié)調(diào)、原料配比等方面的條件(主要是工藝方面的)，則可以達(dá)到全流程自動(dòng)和一鍵操作。

3.3 凈屏操作

裝置的DCS系統(tǒng)安裝凈屏軟件，當(dāng)存在工藝、設(shè)備或者儀表問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)裝置就不能做到凈屏操作。因此，應(yīng)該對(duì)工藝、設(shè)備或者儀表進(jìn)行整改，直到達(dá)到凈屏操作的條件。

4 常減壓裝置全流程優(yōu)化成果

4.1 自控率大幅度提高，串級(jí)復(fù)雜控制全部投運(yùn)

常減壓裝置自控提升工作全部完成，已投用自動(dòng)回路提高其控制精度，未投用自動(dòng)回路進(jìn)行了閥門(mén)、儀表測(cè)試，投用自動(dòng)或給出處理建議。自控率得到了明顯提高，常減壓裝置平均自控率由30.56%提高至98.96%，常減壓裝置長(zhǎng)周期平均自控率達(dá)到98.83%。

4.2 控制平穩(wěn)率達(dá)到高水平

自控提升項(xiàng)目范圍內(nèi)裝置優(yōu)化工作全部完成，大量手動(dòng)控制回路投用自動(dòng)控制，自動(dòng)控制回路控制效果明顯改善，可保證控制回路長(zhǎng)周期自動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行。

4.3 報(bào)警設(shè)置合理化，無(wú)效報(bào)警大幅減少

自控提升項(xiàng)目中全廠裝置上線了報(bào)警監(jiān)控，具備強(qiáng)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，配合工藝、儀表、設(shè)備對(duì)報(bào)警逐條進(jìn)行分析梳理，持續(xù)進(jìn)行報(bào)警優(yōu)化，無(wú)效報(bào)警大幅減少。

4.4 自動(dòng)控制水平提高，裝置操作量大幅下降

自控提升項(xiàng)目實(shí)施后，裝置自動(dòng)控制水平明顯提升，重難點(diǎn)控制方案作出優(yōu)化完善，裝置平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)報(bào)警量大大降低，有效減少了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.5 凈屏系統(tǒng)完成上線

智能隱屏系統(tǒng)（凈屏系統(tǒng)）已全部完成安裝部署，當(dāng)裝置在5 min內(nèi)沒(méi)有報(bào)警和操作，黑屏系統(tǒng)啟動(dòng)并從5 min開(kāi)始累計(jì)時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)裝置出現(xiàn)報(bào)警或操作時(shí)黑屏系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束。24 h無(wú)報(bào)警操作時(shí)長(zhǎng)為該裝在過(guò)去24 h內(nèi)的黑屏累計(jì)時(shí)長(zhǎng)。

4.6 生產(chǎn)方差平穩(wěn)率提升

300萬(wàn)噸/年常減壓裝置的方差平穩(wěn)率在項(xiàng)目?jī)?yōu)化前維持在97.5%左右，裝置經(jīng)過(guò)PID參數(shù)優(yōu)化及控制方案整改，方差平穩(wěn)率長(zhǎng)期維持在98.5%左右，與優(yōu)化前相比，裝置方差平穩(wěn)率提升1%。

4.7 產(chǎn)品質(zhì)量提升

穩(wěn)定塔塔頂液化氣含量分析，通過(guò)控制優(yōu)化，穩(wěn)定塔塔頂壓力、塔頂溫度和再沸器出口溫度控制穩(wěn)定，穩(wěn)定塔整體分離效果提升，項(xiàng)目實(shí)施前塔頂液化氣中C5及C5以上組分含量經(jīng)常在0%～1.4%波動(dòng)，實(shí)施后中C5及C5以上組分保持在0.01%～0.20%之間。減少了液化氣在石腦油中的損失，同時(shí)提高石腦油的純度。

5 重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題攻關(guān)

5.1 加熱爐優(yōu)化效果顯著

實(shí)施前加熱爐自控率普遍較低，裝置上基本依靠經(jīng)驗(yàn)手工調(diào)整控制變量。波動(dòng)較大時(shí)，經(jīng)常犧牲工藝參數(shù)控制精度，使得其熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期設(shè)計(jì)，加熱爐抗干擾能力也得不到充分發(fā)揮。實(shí)施改造后，常減壓裝置加熱爐出口溫度、氧含量、負(fù)壓控制的精準(zhǔn)度大大改善，波動(dòng)幅度大幅降低，如表1所示。

表1 熱爐出口溫度、氧含量、負(fù)壓控制改造前后數(shù)值對(duì)比

5.2 分餾塔、機(jī)組和電脫鹽罐等關(guān)鍵參數(shù)平穩(wěn)率提升

優(yōu)化前裝置的分餾塔普遍存在的問(wèn)題：塔中各工藝參數(shù)波動(dòng)大，手動(dòng)控制效果差；精餾效果不理想，造成輕組分沒(méi)有完全蒸至塔頂，塔底組分不合格，重組分由于溫度、回流等影響蒸到塔頂，造成塔頂產(chǎn)品不合格，塔的能耗偏高。

自控提升項(xiàng)目對(duì)關(guān)鍵控制點(diǎn)結(jié)合上下游進(jìn)行全流程優(yōu)化，精餾塔溫度、塔壓、系統(tǒng)壓力等取得明顯改善，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差下降達(dá)到77.18%。

5.3 蒸汽發(fā)生器（常一中）汽包出口管線壓力控制

汽包D901出口管線壓控PIC90101，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動(dòng)控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，壓力及閥位波動(dòng)均明顯較大，對(duì)后路過(guò)熱蒸汽壓力影響較大。經(jīng)過(guò)PID參數(shù)優(yōu)化后，壓力測(cè)量值波動(dòng)由 0.341～0.358 MPa減小至 0.346～0.349 MPa，提高汽包的穩(wěn)定性和安全性，優(yōu)化后的壓力波動(dòng)范圍為優(yōu)化前的1/5。

5.4 電脫鹽注水罐液位控制

電脫鹽注水罐D(zhuǎn)110液控LIC11001，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動(dòng)控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，液位及閥位的波動(dòng)較大，引起二級(jí)電脫鹽罐界位波動(dòng)也較大。經(jīng)過(guò)PID參數(shù)優(yōu)化后，液位測(cè)量值波動(dòng)由62.8%～66.9%減小至63.4%～64%，閥位波動(dòng)由55%～67%減小至58.5%～59.4%。與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的液位波動(dòng)范圍為優(yōu)化前的1/4，閥位波動(dòng)范圍為優(yōu)化前的1/10。

5.5 二級(jí)電脫鹽罐界位/電脫鹽注水流量控制

二級(jí)電脫鹽罐D(zhuǎn)102界控LDIC10202，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動(dòng)控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，界位及閥位的波動(dòng)較大，引起一級(jí)電脫鹽罐注水流量FIC10101的波動(dòng)也較大。經(jīng)過(guò)PID參數(shù)優(yōu)化后，閥位波動(dòng)由56%～60%減小至58%～59%，F(xiàn)IC10101流量波動(dòng)由12～20 t/h減小至16.2～17.3 t/h，優(yōu)化后的閥位波動(dòng)范圍為優(yōu)化前的1/4，F(xiàn)IC10101流量波動(dòng)范圍為優(yōu)化前的1/8。

5.6 穩(wěn)定塔回流罐液位

項(xiàng)目實(shí)施前穩(wěn)定塔回流罐液位LIC1101與液化氣流量FIC61201組成串級(jí)控制，由于FIC61201低流量不顯示導(dǎo)致串級(jí)無(wú)法投用，操作員需要經(jīng)常調(diào)節(jié)液化氣流量閥門(mén)，操作量大且液位控制不穩(wěn)定，液位在35%～65%范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)討論后改為液位主控，液位穩(wěn)定在設(shè)定值的±1%范圍內(nèi)，提高穩(wěn)定塔的穩(wěn)定性。

5.7 電脫鹽罐壓力控制

項(xiàng)目實(shí)施前一級(jí)電脫鹽罐壓力PIC10101和二級(jí)電脫鹽罐壓力PIC10201高選控制原油進(jìn)裝置流量，操作員需要調(diào)節(jié)電脫鹽后閥門(mén)HIC51001和HIC51002控制壓力，操作量大且壓力控制不穩(wěn)定，一級(jí)電脫鹽罐壓力在1.0～1.2 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)討論改為電脫鹽罐壓力高選控制脫后手操器，壓力穩(wěn)定在設(shè)定值的±0.02 MPa范圍內(nèi)，優(yōu)化后壓力波動(dòng)幅度降低為優(yōu)化前的1/5。

5.8 常壓塔頂溫度控制

項(xiàng)目實(shí)施前常壓塔頂溫度TIC31001與回流量組成串級(jí)控制，由于副回路儀表不準(zhǔn)確，導(dǎo)致串級(jí)無(wú)法投用，操作員需要經(jīng)常手動(dòng)回流閥控制溫度，溫度在119～122 ℃范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)討論后改為溫度單回路主控，投用后溫度穩(wěn)定在設(shè)定值的±0.5 ℃范圍內(nèi)，優(yōu)化后溫度波動(dòng)幅度降低為優(yōu)化前的1/3。

5.9 常壓塔回流罐壓力控制

項(xiàng)目實(shí)施前常壓塔頂回流罐壓力PIC33001已投用單回路自動(dòng)控制，由于閥門(mén)卡塞和PID參數(shù)不合理導(dǎo)致壓力在設(shè)定值的±1 kPa范圍內(nèi)波動(dòng)。經(jīng)PID參數(shù)優(yōu)化后，壓力穩(wěn)定在設(shè)定值的±0.5 kPa范圍內(nèi)，提高常壓塔的穩(wěn)定性和分離效果，壓力波動(dòng)幅度降低為優(yōu)化前的1/2。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)常減壓裝置自動(dòng)控制優(yōu)化與提升項(xiàng)目的實(shí)施，項(xiàng)目要求指標(biāo)全部達(dá)成，自控平穩(wěn)率提升，各項(xiàng)指標(biāo)改善，配合工藝操作優(yōu)化，可以帶來(lái)物耗能耗優(yōu)化，產(chǎn)品收率提高的直接效益，而且將形成良性循環(huán)，極大地提升了裝置運(yùn)行水平。