APC控制器投用地地总结上海石化.docx
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APC控制器投用地地总结上海石化
上海石化炼化部4＃炼油1＃延迟焦化
先进控制项目
控制器投用总结
二○○八年九月
目录
1控制器投用情况1
1.1控制器整体投用情况1
1.2控制器单个回路控制情况2
1.3控制器投用前后效果比较4
1.4减轻操作人员劳动强度12
2软测量仪表的投用情况13
3空高计算程序的投用情况16
4结论16
5存在的问题17
6几点建议17
上海汉中诺软件科技有限公司的工程技术人员和上海石化公司2#炼油延迟焦化装置的技术人员一起，从2007年3月26日开始对项目中设计的三个控制器进行了试投用。
投用过程中发现了大量的问题，在上海石化、上海汉中诺和Aspen公司的共同努力下，控制器的投用取得了阶段性的成果。
4月14开始，装置进行了检修。
检修完成后，先后完成了主分馏塔控制器、支路平衡控制器和烟气氧含量控制器的投用，控制器投用已经取得了初步成功。
控制器投用的同时，投用了三个软测量仪表：
汽油终馏点、柴油95点和蜡油终馏点，投用空高计算程序并不断地进行改进，有效地提高了空高预测的精度。
每天由操作人员通过开发的DCS录入画面录入实验室分析数据和焦炭塔空高实测数据，对各软测量仪表和空高的预测值进行校正，随着输入实验室分析数据和空高实测数据的增多，软测量仪表和空高计算程序的预测值也会越来越准确。
1控制器投用情况
1.1控制器整体投用情况
根据生产工艺的需要，项目共开发了3个控制器。
当前三个控制器都正常地在线运行，情况良好。
1.1.1支路平衡控制器
控制器名：
C1101
控制范围：
焦化炉进料、焦炭塔、富气压缩机
控制器实现的控制功能：
✧能够按照工艺要求，实现自动提降进料量，确保生产负荷调整时装置的平稳运行；
✧在保证装置安全约束的情况下，实现装置进料的最大化；
✧实现焦化炉进料的支路平衡控制，在保证各个支路出口温度均匀的情况下，根据各支路的结焦情况合理分配各支路的进料量；
1.1.2烟气氧含量控制器
控制器名称：
YANQI
控制范围：
焦化炉的配风
控制器实现的控制功能：
✧控制器可以根据烟气氧含量的测量值自动地调整鼓风机出口压力和各个支路空气挡板的开度，有效保证烟气氧含量的稳定并尽量降低烟气氧含量。
1.1.3主分馏塔控制器
控制器名称：
FRAC
控制范围：
主分馏塔
控制器实现的控制功能：
✧控制器实现了主分馏塔的自动控制，减轻操作人员的劳动强度；
✧提高主分馏塔控制精度，提高其抗干扰能力；
✧根据FIC1123.MV的大小调整柴油抽出量，在保证柴油不抽空的情况下，尽可能地增加柴油的抽出量；
✧现场人员可以根据生产目的的不同，调节渣油的换热温度TIC1109的控制范围，实现装置长周期运行或提高液收的目的。
1.2控制器单个回路控制情况
1.2.1支路平衡控制器
由于渣油进料第四组控制阀出现故障，当前控制器无法投用。
在阀门出现故障之前，支路平衡控制器的投用情况如下：
表1.1支路平衡控制器已投用回路列表
序号
回路
描述
投用状况
1
FIC1101.SV
支路＃1流量
正常
2
FIC1102.SV
支路＃2流量
正常
3
FIC1103.SV
支路＃3流量
正常
4
FIC1104.SV
支路＃4流量
正常
5
TIC1101.SV
支路＃1出口温度
正常
6
TIC1102.SV
支路＃2出口温度
正常
7
TIC1103.SV
支路＃3出口温度
正常
8
TIC1104.SV
支路＃4出口温度
正常
无未投用回路，投用率100％
表1.2各支路进料量阀门情况表
编号
支路
进料量
阀位
1
FIC1101
43.5～44.0
75％～80％
2
FIC1102
43.0～43.5
55％～60％
3
FIC1103
43.0～43.5
65％～68％
4
FIC1104
43.5～44.0
55％～60％
针对当前进料阀门的情况，在条件允许的情况下，建议投用支路平衡控制器，但不投用第四支路进料量FIC1104，这样控制器还可以平衡其它三路的支路平衡。
1.2.2烟气氧含量控制器
表1.3烟气氧含量控制器已投用回路列表
序号
回路
描述
投用状况
1
FIC1819.MV
支路＃1空气流量
正常
2
FIC1822.MV
支路＃2空气流量
正常
3
FIC1823.MV
支路＃3空气流量
正常
4
FIC1824.MV
支路＃4空气流量
正常
5
PIC1843.SV
鼓风机压力
正常
无未投用回路，投用率100％
1.2.3主分馏塔控制器
表1.4烟气氧含量控制器已投用回路列表
序号
回路
描述
投用状况
1
TIC1111.SV
主分馏塔顶温度
正常
2
FIC1113.SV
柴油回流流量
正常
3
FIC1120.SV
柴油抽出量
正常
4
FIC1114.SV
中段回流量
正常
5
FIC1115.SV
蜡油上回流流量
正常
6
FIC1141.MV
蜡油下回流量
正常
7
FIC1136.MV
重蜡油上回流量
正常
8
FIC1109.SV
急冷油流量
正常
无未投用回路，投用率100％
1.3控制器投用前后效果比较
1.3.1装置进料量的变化
控制器投用后，大大地降低了装置变量的波动，在保证装置的主要安全约束的前提下，有效提高了装置的处理量。
1.3.2控制器对焦化炉进料量的分配
图1.1焦化炉四支路进料量分配
图1.1中红色线为第一支路进料量，蓝色线为第二支路进料量，粉色线为第三支路进料量，绿色线为第四支路进料量。
图1.2焦化炉四支路炉管表面最高温度
图1.2中红色线为第一支路最高温度，蓝色线为第二支路最高温度，粉色线为第三支路最高温度，绿色线为第四支路最高温度。
在装置当前的状态下，炉管表面的最高温度是限制装置进料量的最主要因素。
从图1.1和图1.2中可以看出，当某支炉管温度较高时（如第二支炉管，蓝色线），控制器为其分配的进料量较低，并将减少的进料量分配到其它炉管温度较低的支路中。
可见，控制器可以根据各个支路炉管表面最高温度的不同，合理分配各支路的进料量，实现装置的支路平衡。
在投用先进控制之前，焦化炉炉管进料量的分配都是现场技术人员根据对炉管结焦情况的判断手工分配，并且设定后会保持较长时间不变，不利于减少炉管的结焦；投用APC后，控制器可以有效地完成进料量的自动分配。
1.3.3稳定焦化炉出口温度
控制器投用后，焦化炉出口温度投用串级控制，能够根据炉出口温度的变化自动调整燃料气的用量，保证了焦化炉出口温度的稳定。
（a）投用前
（b）投用后
图1.3控制器投用前后焦化炉出口混合温度对比
（a）投用前
（b）投用后
图1.4控制器投用前后焦化炉支路出口温度对比（以TIC1102为例）
表1.5控制器投用前后炉出口温度波动对比
投用前标准偏差（℃）
投用后标准偏差（℃）
前后对比
TIC1101
1.02
0.28
-72.81%
TIC1102
0.83
0.24
-71.01%
TIC1103
0.79
0.64
-18.94%
TIC1104
0.91
0.26
-71.98%
TI1134
0.64
0.23
-64.45%
同时，控制器可以根据各个支路出口温度与平均温度的偏差实时地调整焦化炉各支路出口的温度从而降低出口温度的偏差，保证进料的焦炭化程度相近。
（a）投用前
（b）投用后
图1.5控制器投用前后焦化炉出口温度与平均温度的偏差对比
表1.6控制器投用前后炉出口温度对比
标准偏差（℃）
平均值（℃）
投用前
投用后
前后对比
投用前
投用后
DT01
0.65
0.25
-61.46%
-0.311
-0.012
DT02
0.44
0.25
-44.00%
0.064
0.025
DT03
0.46
0.12
-74.33%
0.267
-0.028
DT04
0.57
0.26
-53.76%
-0.021
0.016
1.3.4烟气氧含量控制
（a）投用前
（b）投用后
图1.6控制器投用前后烟气氧含量控制情况对比
图1.6中红色线为第二个炉膛的烟气氧含量，蓝色线为第一个炉膛的烟气氧含量。
从图中可以看出，投用后控制器可以根据烟气氧含量的变化自动调整鼓风机出口的压力和各个支路空气挡板的开度，减小了烟气氧含量的波动，降低能耗。
控制器能够有效地将烟气氧含量控制在2.5到3.0之间。
1.3.3装置液收变化
表1.7控制器投用前后延迟焦化装置液收对比
投用前（％）
投用后（％）
前后比较
汽油收率
17.51
17.32
-0.19
柴油收率
30.93
33.06
2.13
蜡油收率
14.43
13.15
-1.28
轻油收率
48.35
50.38
2.03
总液收
62.74
63.53
0.79
注：
本表中投用前数据为2007年1月1日至4月30日，投用后数据为2007年5月9日至7月26日
表1.8提高柴油抽出量测试数据对比
测试开始（tons）
测试结束（tons）
累积量（tons）
收率
（％）
投用前收率（％）
前后对比（％）
新鲜渣油
1307437
1313605
6168
――
――
――
汽油
655294
656322
1028
16.67
17.51
-0.84
柴油
131415
133436
2021
32.77
30.93
1.84
蜡油
591509
592335
826
13.39
14.43
-1.04
轻油
786709
789758
3049
49.44
48.44
1.00
液体产品
1378218
1382093
3875
62.83
62.87
-0.04
从表1.7和表1.8的数据可以看出，控制器投用后装置高附加值产品柴油的收率都显著增加，部分汽油被回流压入到柴油中，造成汽油产率下降；表1.7中蜡油收率和表1.8中蜡油收率、总液收有所下降主要是因为焦化急冷油原来大部分来自柴油加氢装置的反冲洗污油，柴油加氢装置停车后，急冷油几乎完全由焦化蜡油提供，减少了蜡油产品的产量。
控制器有效地提高了装置的总液体产品收率，并增加了柴油的产率。
在控制器投用过程中为了避免焦化炉炉管结焦，从而获得较长的生产周期，控制器采用了较高的渣油换热温度。
这样主分馏塔的中段回流和蜡油上回流的用量较大。
待新延迟焦化装置开工投产后，焦化炉负荷降低，可以采用较低的渣油换热温度，降低主分馏塔的回流量，可以获得更高的液体产品收率。
1.3.4产品质量卡边
表1.9控制器投用前后延迟焦化装置产品质量对比
投用前
投用后
前后比较
2005-9-1～2006-3-23
2007-1-1～2007-4-30
2007-5-9～2007-7-26
2005-9-1～2006-3-23
2007-1-1～2007-4-30
汽油终馏点（℃）
211.41
212.50
213.84
2.03
1.34
柴油95点（℃）
355.72
360.72
362.49
5.35
1.77
蜡油终馏点（℃）
511.73
518.58
521.94
8.85
3.36
注：
本表中投用前数据为2007年1月1日至4月30日，投用后数据为2007年5月9日至7月26日
从表1.9的数据可以看出，随着装置的检修、PID整定和先进控制项目的实施，装置的控制回路得到了不断的改善，控制水平不断提高，最终在控制器投用后，汽油终馏点、柴油95点和蜡油终馏点都得到了显著的提高，实现了产品质量的卡边控制。
1.3.5产品质量波动减小
表1.10控制器投用前后延迟焦化装置产品质量标准偏差对比
投用前
投用后
前后比较
2005-9-1～2006-3-23
2007-1-1～2007-4-30
2007-5-9～2007-7-26
2005-9-1～2006-3-23
2007-1-1～2007-4-30
汽油终馏点（℃）
3.59
2.83
2.43
-36.50%
-14.13%
柴油95点（℃）
4.44
4.06
3.51
-20.85%
-13.54%
蜡油终馏点（℃）
7.95
7.29
4.15
-47.85%
-43.07%
注：
本表中投用前数据为2007年1月1日至4月30日，投用后数据为2007年5月9日至7月26日
从表1.10的数据可以看出，随着装置检修、PID整定和先进控制项目的实施，装置的控制回路得到了不断的改善，实现了主要回路的自动控制，控制水平不断提高，减小了装置的波动，控制器投用后，控制器能够根据软测量仪表提供的产品质量数据和主分馏塔的温度变化及时地进行调整主分馏塔的回流量，有效减少了产品质量的波动。
1.4减轻操作人员劳动强度
✧需要调整装置处理量时，操作人员只需要根据要求设定好目标处理量，并放开操作变量的约束，控制器就可以自动地完成处理量的调整工作，并做到无扰动的过渡；
✧实现了烟气氧含量的自动控制，并保证烟气氧含量的稳定，有效降低操作人员劳动强度；
✧实现了焦炭塔预热、切换过程中主分馏塔的自动控制，大大减少了操作人员的工作量，使操作人员能够把更多的精力放到整个装置的优化上去。
2软测量仪表的投用情况
根据装置实施先进控制的需要，项目中开发了三个软测量仪表，用于给控制器提供实时的产品质量数据。
这三个软测量仪表分别为：
粗汽油终馏点、柴油95点和蜡油终馏点。
2.1粗汽油终馏点
表2.1粗汽油终馏点预测值与实验室分析值的比较（部分数据节选）
编号
时间
预测值
分析值
绝对偏差
相对偏差
1
05-0900:
00
211.13
216
-4.87
-2.25%
2
05-1000:
00
217.44
216
1.44
0.66%
3
05-1100:
00
217.19
215
2.19
1.02%
4
05-1200:
00
215.82
214
1.82
0.85%
5
05-1300:
00
215.92
218
-2.08
-0.95%
6
05-1400:
00
217.31
217
0.31
0.14%
7
05-1500:
00
216.01
218
-1.99
-0.91%
8
05-1600:
00
216.23
216
0.23
0.11%
9
05-1700:
00
214.33
214
0.33
0.16%
10
05-1800:
00
214.11
216
-1.89
-0.88%
11
05-1900:
00
216.82
216
0.82
0.38%
12
05-2000:
00
215.36
215
0.36
0.17%
13
05-2100:
00
214.32
217
-2.68
-1.24%
14
05-2200:
00
216.42
218
-1.58
-0.73%
15
05-2500:
00
218.54
213
5.54
2.60%
16
05-2600:
00
214.12
214
0.12
0.06%
17
05-2700:
00
215.11
215
0.11
0.05%
18
05-2800:
00
212.81
214
-1.19
-0.56%
19
05-2900:
00
214.04
211
3.04
1.44%
20
05-3000:
00
207.57
212
-4.43
-2.09%
21
05-3100:
00
215.92
210
5.92
2.82%
22
06-0100:
00
211.59
213
-1.41
-0.66%
23
06-0200:
00
210.40
214
-3.60
-1.68%
24
06-0300:
00
217.39
212
5.39
2.54%
25
06-0400:
00
213.13
213
0.13
0.06%
26
06-0500:
00
212.33
212
0.33
0.16%
27
06-0600:
00
210.38
215
-4.62
-2.15%
28
06-0700:
00
211.24
210
1.24
0.59%
平均值
214.39
214.43
-0.04
-0.10%
2.2柴油95点
表2.2柴油95点预测值与实验室分析值的比较（部分数据节选）
编号
时间
预测值
分析值
绝对偏差
相对偏差
1
05-2400:
00
357.34
357
0.34
0.10%
2
05-2408:
00
358.11
359
-0.89
-0.25%
3
05-2416:
00
353.67
358
-4.33
-1.21%
4
05-2500:
00
355.38
352
3.38
0.96%
5
05-2508:
00
354.00
362
-8.00
-2.21%
6
05-2516:
00
354.91
366
-11.09
-3.03%
7
05-2600:
00
369.41
362
7.41
2.05%
8
05-2608:
00
363.41
364
-0.59
-0.16%
9
05-2616:
00
360.41
361
-0.59
-0.16%
10
05-2700:
00
361.64
362
-0.36
-0.10%
11
05-2708:
00
364.06
361
3.06
0.85%
12
05-2716:
00
360.99
362
-1.01
-0.28%
13
05-2800:
00
363.93
361
2.93
0.81%
14
05-2808:
00
361.98
362
-0.02
0.00%
15
05-2816:
00
357.97
360
-2.03
-0.56%
16
05-2900:
00
363.30
360
3.30
0.92%
17
05-2908:
00
362.15
361
1.15
0.32%
18
05-2916:
00
359.70
362
-2.30
-0.64%
19
05-3000:
00
365.68
363
2.68
0.74%
20
05-3100:
00
367.42
360
7.42
2.06%
21
05-3116:
00
361.63
362
-0.37
-0.10%
22
06-0100:
00
363.13
362
1.13
0.31%
23
06-0108:
00
362.56
364
-1.44
-0.39%
24
06-0116:
00
365.64
363
2.64
0.73%
25
06-0200:
00
363.82
360
3.82
1.06%
26
06-0208:
00
364.79
361
3.79
1.05%
27
06-0216:
00
361.49
363
-1.51
-0.42%
28
06-0300:
00
363.17
362
1.17
0.32%
29
06-0308:
00
365.93
363
2.93
0.81%
30
06-0400:
00
361.94
360
1.94
0.54%
31
06-0408:
00
361.64
364
-2.36
-0.65%
32
06-0416:
00
359.73
362
-2.27
-0.63%
33
06-0500:
00
364.92
362
2.92
0.81%
34
06-0508:
00
361.94
364
-2.06
-0.57%
35
06-0516:
00
363.04
363
0.04
0.01%
36
06-0600:
00
364.75
362
2.75
0.76%
37
06-0608:
00
361.68
363
-1.32
-0.36%
38
06-0616:
00
359.17
362
-2.83
-0.78%
39
06-0700:
00
365.55
363
2.55
0.70%
平均值
361.85
361.54
0.31
0.09%
2.3蜡油终馏点
表2.3蜡油终馏点预测值与实验室分析值的比较（部分数据节选）
编号
时间
预测值
分析值
绝对偏差
相对偏差
1
05-098:
00
514.19
516
-1.81
-0.35%
2
05-108:
00
512.87
517
-4.13
-0.80%
3
05-118:
00
512.51
520
-7.49
-1.44%
4
05-128:
00
515.40
523
-7.60
-1.45%
5
05-138:
00
518.16
520
-1.84
-0.35%
6
05-148:
00
514.63
516
-1.37
-0.26%
7
05-158:
00
518.81
514
4.81
0.94%
8
05-168:
00
523.10
526
-2.90
-0.55%
9
05-178:
00
525.09
529
-3.91
-0.74%
10
05-188:
00
516.58
522
-5.42
-1.04%
11
05-198:
00
516.64
518
-1.36
-0.26%
12
05-208:
00
513.14
514
-0.86
-0.17%
13
05-218:
00
519.45
518
1.45
0.28%
14
05-228:
00
518.65
516
2.65
0.51%
15
05-238:
00
512.39
518
-5.61
-1.08%
16
05-248:
00
521.65
529
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