探讨石油化工仪表控制系统

探讨石油化工仪表控制系统
摘要: 进入21世纪，随着我国计算机水平高速发展，拉动了对自动化仪表与控
制系统的需求，我国新上的大型项目所用自动化仪表和控制系统的先进程度已经
处于世界领先水平。

关键词:石油化工；仪表控制系统
1.新型分析仪与自动检测的应用
为适应现场总线控制系统要求,现场总线型变送器获得了迅速发展。

此变送器
是全数字式,结构简单,分辨力和稳定性都高于一般智能型变送器。

由于现场总线
数字仪表产品日趋完善,并具有可靠性高、可互操作性(即可将不同品牌产品集成
组态)等特点,在石化过程控制领域将会得到更多应用。

国内外商业贸易的发展,要
求提高商品交割计量精确度,石化出厂计量应用的质量流量计精确度为±0.1%或更高。

石化企业为加强产品质量管理,也促进了在线分析仪表的应用。

它会直接影响
到石化企业产品质量及先进控制应用的水平,因此得到了石化系统的积极推广,主
要包括在线油品质量分析仪,在线气相或液相色谱仪及其他物理特性分析仪等。

最
新的在线多路近红外(NIR)光谱分析仪已应用于石化企业炼油调合系统并取得较好
效果。

新一代实验室低成本汽油质量指标快速测定仪已成功应用于中石化杭州炼
油厂等单位,受到了用户的好评。

软测量技术发展也很快,主要用于解决石化企业
部分分析检测难题。

由于环境保护要求越来越高,环保仪表应用也增多,如在线烟
气分析、综合水质分析仪、在线COD分析仪、DO分析仪及PH分析仪等。

石化
对工厂维护工作越来越重视,特别是对预测维护保养问题更感兴趣。

有些公司要求
提供在线联机和实时传感系统,用于监控热交换器和加热炉的效率,振动和腐蚀及
评估“健康“状况的指示器。

采用具有诊断和预测维护保养能力的仪表与系统,可使
现有设备的生产潜力增长1%～3%,同时非计划的维护保养费用可降低10%～30%。

2.FCS与DCS共存
FCS是在DCS的基础上发展起来的,代表潮流与发展方向,国内有的大型项目已
采用FCS,如上海赛科乙烯、南海石化项目等,上海赛科乙烯的FCS已投运,今后会有更多的项目采用FCS。

在现阶段,FCS尚没有统一的国际标准,而DCS应用很广,技术
成熟,发展很快,因此,DCS仍占有不可替代的地位,预计在今后很长一个时期,DCS与FCS将相互兼容、并存。

另外,也有的大型工程项目采取FCS和DCS混用方式,以发
挥各自的优势。

国内外大公司的DCS应用领域广,已具有完备的功能并不断采用新技术,向开放性、网络化方向发展。

3.先进控制的应用
石化企业生产装置采用先进控制,可以提高装置运行的稳定性和安全性、提高
产品的质量和收率、增加装置处理量、降低运行成本、带来明显的经济效益。

目
前一些先进控制技术已成熟,应用比较成功的有鲁棒PID控制和多变量预测等控制
技术。

先进控制的主要特点如下:(1)它是基于模型的控制策略。

如:模型预测控制
和推断控制等。

目前,基于知识的控制如智能控制和模糊控制正成为先进控制的一
个重要发展方向。

(2)先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题。

如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在各种约束等。

先进控制是建立在常规
单回路控制之上的动态协调约束控制,可使控制系统适应实际工业生产过程动态特
性和操作要求。

(3)先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台,可以在上位机或DCS/FCS中实现。

国外开发先进控制的公司很多,主要有美国Honeywell公司
的控制器,PROFIT、美国AspenTech公司的控制器DMC-PLUS、美国ABB公司的控
制器STAR、美国Foxboro公司的控制器CONNOISSUR、日本Yokogawa公司的控
制器SMOC。

国内,主要是清华大学和浙大中控等单位进行开发,并取得成功。

石化
系统与美国Honeywell公司合作,成功地实施了催化裂化装置先进控制。

至今中石化、中石油两大股份公司已有几十套装置成功运行了先进控制,主要有常减压、催
化裂化、柴油加氢、延迟焦化、乙烯裂解、聚丙烯、聚乙烯等,取得了显著的经济
效益。

4.制造执行系统(MES)
近年来,石化企业采用ERP/MES/PCS三层管理与控制系统,这已是自动化技术
的发展趋势。

从石化企业推广应用ERP的经验可知:只上ERP没有配套的MES,很
难取得预期的效果。

因此,现已开发了MES并加大MES应用的力度,采用MES技
术使企业信息系统取得了较好的效果。

据美国ARC公司调查统计,如果应用MES,
产品质量可以提高19.2%,劳动生产率提高13.5%,产量提高11.5%。

石化企业生产
与经营过程,大致可分为三层:操作控制层是装置DCS/FCS、实时数据库;生产管理
层是生产调度、油品储运等;经营管理层是ERP等三个层面。

ERP系统需要MES
提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据,生产装置所有投入、产出
数据都需在MES系统平衡处理基础上才能导入到ERP系统中。

因此,石化行业ERP 是否能取得效果,将取决于制造执行系统(MES)实施的水平和数据源质量以及处理
的效率。

国内外大型石化公司已采用MES,其MES主要由以下几部分组成:(1)实时
数据库与信息管理。

通过实时数据库,企业可集成生产计划与生产调度、先进控制
与优化、设备维护与管理、动态成本管理、化验信息系统、流程模拟与优化、ERP等系统,并把这些信息有机连在一起,在业务管理和生产控制之间起到上下贯通、管控一体化的作用。

(2)生产计划与调度优化。

生产调度系统实施企业生产计划,保证全厂稳定、高效地生产。

调度决策系统将生产计划、生产调度、工艺操作和油
品储运等联系起来,提前预测生产和油品库存情况,并可进行调度优化。

(3)流程模
拟与工程。

通过工程流程模拟与优化等先进技术,找到最佳的操作条件,在满足生
产装置安全生产和产品质量合格的优化条件下进行生产,是石化企业挖潜增效的有
效途径。

(4)先进控制与优化。

先进控制解决方案主要包括非线性控制器、在线监控、软仪表推理技术、优化控制器维护等,可应用于催化裂化、连续重整、大型延
迟焦化及乙烯等各种生产装置。

用线性规划(LP)为优化基础,控制器能使生产工况
在最优卡边操作。

当控制器投用后,还需要监控其性能,以便作周期性维护,使其保
持精确度。

闭环实时优化可强化装置的可靠性,并提高效益。

(5)数据校正与物料平衡。

通过实时数据库等系统,许多炼化企业已实现了生产过程数据的自动采集、生
产装置的远程监测等,其数据校正与分析应用有以下几点:全厂生产工艺过程的物料、能源平衡计算;为成本核算、收率核算、油品移动、罐区管理和生产统计等应
用提供准确可靠的数据;诊断仪表故障,发现并及时处理跑冒滴漏现象;为生产计划
和调度提供有力支持;为ERP等系统提供基础数据。

(6)实时动态模拟系统。

实时
动态模拟系统可提供整个炼厂高精确度、多功能动态模拟,可用于设计、工厂开车、工厂改造等方面的操作改进,并通过提高炼厂生产能力和培训操作员技能,实现效
益的最大化。

在石化系统几家企业已应用MES系统,通过对物流的综合跟踪管理,可有效降
低油品的损耗,有了MES这套系统后对公用工程的数据可进行有效的管理,降低了
能耗,提高了能源使用效率。

MES为ERP系统提供准确及时的生产数据,提高了ERP 的应用效果。

石化工业应用MES以后,预计项目应用的加工成本可降低1%,操作效
率提高1%。

今后,信息技术、自动化技术包括MES技术和网络技术,将会在石化生
产过程中发挥更大的作用。

今后推动DCS、FCS、先进控制技术的应用和发展寄望于流程工业,以石油和化工行业为领头军。

在“信息化带动工业化,工业化促进信息化”国策的指引下,必将迎来DCS、FCS、先进控制技术的应用和发展的春天。