先进控制系统在加热炉优化控制中的应用

某炼 化企 业 为 了实 现 “打 造世 界 一 流 芳 烃 装 置 ”的 目标 ，积极 向 国 内外 同类 装 置 学 习 ，引 进 先 进控制系统 （ＡＰＣ），希望通过 ＡＰＣ项 目的实施 ， 可 以改善 过程 动 态 控 制 的性 能 、减 少 过 程 变 量 的 波动幅度 ，使之能更接近其优化 目标值 ，从而使生 产装 置在 接 近其 约 束 边 界 的条 件 下 运 行 ，最 终 达 到增 强装 置运 行 的稳 定性 和安 全 性 、保 证 产 品 质 量 的 均 匀 性 、提 高 目标 产 品 收 率 、增 加 装 置 处 理 量 、降低 劳动强度、节约劳动力的使用 、降低运行 成本 等 目的 。
第 ３２卷 第２期 ２０１６ 年 ４ 月
石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｉｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
先 进 控 制 系 统 在 加 热 炉优 化控 制 中 的应 用
徐进 涛 徐卫敏
（中国石化公 司上海石 油化工股份有 限公 司芳烃部 ，上海 ２００５４０）
摘 来自百度文库 ： 介绍 了加热炉新增先进控制系统项 目背景 ，装 置工 艺概况 ，先 进控制 系统 的结构 组成 ，Ｆ８０１炉 子 先进控制方 案，项 目实施过程 中遇到 的技术问题 、产生问题的原 因以及解决 方案 ，分析 了加 热炉优化后带来 的经济效益 。项 目实施后加热炉不仅运行 的更加平稳 ，而且更加节能。 关键词： 先进控 制系统 控制方案 解决方案 经济效 益 文 章 编 号 ： １６７４—１０９９ （２０１６）０２—００５１—０４ 中 图分 类号 ：ＴＰ２７３ 文 献标 识 码 ： Ａ
的烟气 经过 加热 炉顶 上 的出 口后 去换 热器 Ｅ８０９， 作为热物料给空气加热 ，接着经过鼓风机人 口蝶 阀 ＨＶ８２２０５，再 由鼓风 机 Ｋ９０６后进 人烟 囱中 。
２ 先进 控 制 系统 介绍 项 目采 用 的是基 于 Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈ公 司 ＤＭＣｐｌｕｓ
控 制 系统 的 ＡＰＣ系统 ，其核 心 内容是 设 备管 理 控 制 台 （ＤＭＣ）控制 器 。
石 油 化 工 技 术 与 经 济
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第 ３２卷 第２期 ２０１６ 年 ４ 月
业 标 准接 口实 现 ＤＣＳ系统 与 ＡＰＣ服 务 器 之 间 的 数 据传 输 。而 在公 司 内部 网上主 要 由各 类 办公 电 脑 组 成 ，而硬件 防火 墙作 为公 司 内部 网与 局 域 网 连接 的关 卡 ，只允许 特定 的 ＩＰ账号 的用户 通 过 防 火 墙访 问 ＡＰＣ系统 服务 器 。
１ 装置 工 艺概况 该炼化企业二 甲苯装 置 Ｆ８０１Ａ／Ｂ加热炉余
热 回收系统空气 的正常工艺流程为 ：大气经过余 热 回收 系统 空气 吸 风 口设备 后 ，在 经过 引风 机 入 口蝶 阀 ＨＶ８２２０４后 去 引 风 机 Ｋ９０５吸入 口 ，作 为 预热器 Ｅ８０９的冷物料被温度 高的烟气换热 ，接 着分成 ４路进入加热炉参与燃料气的燃烧 ，４路 空 气 流 通 量 控 制 的 调 节 阀 分 别 为 ＡＶ８２２０１、 ＡＶ８２２０２、ＡＶ８２２０３和 ＡＶ８２２０４，在 炉 中燃 烧 生 成
在加 热 炉先 进控 制 方 案 设 计 中 ，为 了实 现 加 热 炉平稳 操作 和 降 低 装 置 能耗 这 两 个 目的 ，通 过 对 加热 炉全 面排 查 ，决 定 通 过设 计 加 热 炉 控 制 器 对加热炉的空气配风量 以及炉膛负压进行优化控 制 ，根据 燃料 气 的变 化 情 况 及 时调 整炉 膛 的配 风 和负压 ，稳定加热炉 的烟气 中氧气 的体积分数和 一 氧化碳 的体积分数 ，协调氧的体 积分数和一氧 化 碳 的体 积 分数关 系 ，寻找 最佳 操作 区域 ，提高 加 热 炉效 率 。同时对 加 热炉优 化还 可 以减少 炉管 局 部过热 ，保证各个炉管的寿命均衡 。
项 目整 体 ＡＰＣ系统结 构 如 图 １所 示 ，整 个 系 统 由两层 网络 构 成 ，第 一 层 是 ＡＰＣ系 统 局 域 网 ， 第 二层 为公 司 的 内部 网 ，在局 域 网上 有 ＡＰＣ服 务 器 、ＡＰＰ节点、冗余交换机 ，ＤＣＳ系统通过 ＯＰＣ工
收稿 日期 ：２０１６—０１—１２。 作者 简介 ：徐进涛 ，男，１９８７年 出生，２０１０年 毕业于常 州大学 自动化 专业 ，工 学学士 ，工程师 ，主要 从事 于仪表 管理工作 ， 已发表论文 多篇。
ＤＭＣ控 制器 通 过 集 散 控 制 系 统 （ＤＣＳ）上 的 ＡＰＰ节点与 ＤＣＳ系统进行数据通讯 ，从 ＤＣＳ系统 上实时采集操作变量 （ＭＶ）、控 制变量 （ＣＶ），前 馈变量 （ＤＶ）的值 ，经 ＤＭＣ控 制器 的 ＤＭＣｐｌｕｓ Ｍｏｄｅｌ模 型计 算 得 出 操 作 变 量 ＭＶ 的 目标 值 ，该 值的计算依据是产品质量最佳 、产量最高 、物耗最 低。实现操作变量 ＭＶ目标值 的控制器操作过程 力求平稳并分布进行 ，以确保控制变量 ＣＶ在合 理 上下 线范 围 内波动 。操作 变 量 ＭＶ 的控 制结 果 最 终写 入 ＤＣＳ系 统 ，从 而实 现 整个 控 制 器 的 闭环 优 化操 作过 程 。其 中预测 、线性 规划 、动 态控制 是 ＤＭＣｐｌｕｓ的重心所 在 ，其 控制过程依据 ＤＭＣｐｌｕｓ 的离线 模 型 。
ＨＩＣ８２２０４．ＯＰ的控 制作 用 为正 作 用 。而烟 道 负压 的控 制 策 略为 （以被 控 变量 ＰＩ８２２０２为 例 ）：当 Ｆ８０１Ａ炉子 的烟道负压偏高 时 ，控制 器首先需 要将 对应的烟道挡板 ＰＹ８２２０２的开度增大，由于烟道挡 板为气 关 阀，所 有 ＰＩ８２２０２对 ＰＣ８２２０２．ＯＰ的控 制 作用为反作用。当 ＡＰＣ系统预测到仅仅通过调整