第一篇：石油化工過程先進控制與優化研究進展PPT-4

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ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。2007 PSE Asia 石油化工過程先進控制與優化

—— 現狀與發展

華東理工大學

錢 鋒

二零零七年八月

主要內容

一、過程控制與優化的作用

二、過程控制與優化的現狀 APC與RTO廣泛應用 與 廣泛應用

三、工程應用中過程控制的新方向

過程監控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系統集成監控 過程監控： 全系統集成監控 自適應控制器： 自適應控制器：克服傳統概念對模型精確性要求

四、過程控制與優化的案例分析

一、過程控制與優化的作用

國家發展戰略需求

國家中長期科學和技術發展規劃綱要》 流程工業的綠色化、《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》將“流程工業的綠色化、自 動化及裝備”列為優先發展主題，重點研究開發“ 動化及裝備”列為優先發展主題，重點研究開發“基于生態工業概念 的系統集成和自動化技術，流程工業需要的傳感器、的系統集成和自動化技術，流程工業需要的傳感器、智能化檢測控制 技術、裝備和調控系統。技術、裝備和調控系統?！?中國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》 《中國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》裝備制造業振興 的重點： 推進百萬噸級大型乙烯成套設備和對二甲苯、成套設備和對二甲苯 的重點：“推進百萬噸級大型乙烯成套設備和對二甲苯、對苯二甲酸 成套設備國產化。成套設備國產化。”（自動化技術非常重要）國產化 自動化技術非常重要）國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》指出，《 國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》 指出，在“ 發展重大 工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器，工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器，滿足重點建設工程及其他 實現重點突破。重大（成套）重大（成套）技術裝備高度自動化和智能化的需要 ”實現重點突破。

用自動化技術提高流程工業自主創新能力

石油和化學工業發展需求

國民經濟的支柱產業 2005年石油和化學工業總產值達到 年石油和化學工業總產值達到33762億元，占 億元，年石油和化學工業總產值達到 億元 國民生產總值（億元）國民生產總值（182321億元）的18.5% 億元 石油和化學工業既是產能大戶又是耗能大戶 2005年我國石油化工行業總能耗3.048億噸標準煤，年我國石油化工行業總能耗 億噸標準煤，年我國石油化工行業總能耗 億噸標準煤 占全國總能耗的15% 占全國總能耗的 萬元GDP能耗是0.903噸標準煤，比國外同行業平均 能耗是 噸標準煤，萬元 能耗 噸標準煤 水平高 水平高15%～20% ～ 污水排放，全行業達32.3億噸，廢氣 億噸，污水排放，全行業達 億噸 廢氣1.4274萬億立 萬億立 方米，固體廢棄物8406萬噸 方米，固體廢棄物 萬噸

應用過程控制與優化技術實現節能減排

過程控制與優化如何實現節能降耗 1.運行過程優化操作

過程控制

目的：克服擾動，目的：克服擾動，保證操作安全性和平穩性 手段：先進控制器（控制方法、算法）手段：先進控制器（控制方法、算法）設計

過程優化

目的：確定最優操作條件，增產、節能、降耗、目的：確定最優操作條件，增產、節能、降耗、減排 手段：生產裝置、過程、手段：生產裝置、過程、流程的模擬和優化運行

用能過程監控

優化生產操作條件，優化生產操作條件，確保過程用能始終保持在高效工況 下運行

過程控制與優化如何實現節能降耗 2.過程用能組合優化

夾點技術提升和設計換熱網絡

對工廠換熱網絡運行進行優化操作，可節省操作費 對工廠換熱網絡運行進行優化操作，可節省操作費20 ％～50％，投資回收期一年左右； ％，投資回收期一年左右 ％～ ％，投資回收期一年左右； 對新建工廠換熱設備進行優化設計，比傳統方法可節省 對新建工廠換熱設備進行優化設計，投資10％～ ％，操作費節省 ％～50％。％～20％，操作費節省30％～ 投資 ％～ ％，操作費節省 ％～ ％。Exergy分析方法 分析方法

注重能量的質量高低或有效能的大小 工藝裝置能量優化、工藝裝置能量優化、工藝裝置及與其它單元之間的熱聯 合、全廠低溫熱優化利用以及蒸汽動力系統綜合優化 應用于實際工業裝置的優化設計和節能改造中，應用于實際工業裝置的優化設計和節能改造中，可取得 極大的經濟效益與社會效益。極大的經濟效益與社會效益。

先進控制和優化應用的效益

Aspen公司 數據表明： 公司 數據表明：

實施APC取得的效益中，降低能耗占10％，產品質 取得的效益中，降低能耗占 ％，％，產品質 實施 取得的效益中 量提高占10%，提高裝置生產平穩與安全性占 ％，量提高占，提高裝置生產平穩與安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。％，提高加工能力占 提高回收率占 ％，提高加工能力占 ％。Chemshare公司數據表明： 公司數據表明： 公司數據表明 改造常規儀表獲得10％的效益，用DCS改造常規儀表獲得 ％的效益，在DCS上實 改造常規儀表獲得 上實 上實現RTO獲得 獲得40 獲得40％的效益，上實現 獲得 現APC獲得 ％的效益，在APC上實現 獲得 的效益。％的效益。Foxboro公司數據表明： 公司數據表明： 公司數據表明 效益比：DCS為 1 : ARC為 3 : APC為 5 : RTO 為 9。效益比： 為 為 為。

過程控制與優化技術面臨的挑戰

市場、技術、政策導向等的變化不斷給流程模擬、市場、技術、政策導向等的變化不斷給流程模擬、先 進控制和過程優化技術提出了新的要求和挑戰 嚴格的環保指標和成本控制要求，多目標、嚴格的環保指標和成本控制要求，多目標、變約束 的優化與控制任務等，目前已有的流程模擬、的優化與控制任務等，目前已有的流程模擬、先進 控制和過程優化技術尚不能完全勝任，控制和過程優化技術尚不能完全勝任，需要進一步 加強創新研究 過程模型化技術和水平還遠不能滿足我國石化行業發 展的需要 關鍵石化技術國際供應商在模型上對我國實行技術 封鎖，需要自主地進行流程的設計、封鎖，需要自主地進行流程的設計、優化和提升

先進控制與優化技術面臨的挑戰

過程模型和優化技術的創新與進步

模型的準確性和效率、在線模型參數調整、模型的準確性和效率、在線模型參數調整、測量 儀表故障補償、系統擾動克服、儀表故障補償、系統擾動克服、系統框架優化設 計、系統長期維護困難等是造成現有技術在工業 系統長期維護困難等是造成現有技術在工業 裝置上長期有效運行不理想的主要原因； 裝置上長期有效運行不理想的主要原因； 過程模型化技術和優化技術特別是在線模型校正 過程模型化技術和優化技術特別是在線模型校正 與優化技術等關鍵技術的創新對流程模擬、與優化技術等關鍵技術的創新對流程模擬、先進 等關鍵技術的創新對流程模擬 控制和過程優化至關重要； 控制和過程優化至關重要；

二、過程控制與優化的現狀

過程控制發展的回顧

階段 控制理論 控制工具 控制要求 控制水平一 年代70以前 以前）（年代 以前）

經典控制理論 二 年代）（70～80年代）～ 年代 現代控制理論 三 年代）（90年代）年代 控制論、信息論、控制論、信息論、系 統論、統論、人工智能等學 科交叉 計算機網絡、計算機網絡、現場總 線系統與智能儀表

常規儀表 分布式控制計算機（DCS））氣動、液動、電動）（氣動、液動、電動）安全、安全、平穩 簡單控制系統

市場預測、快速響應、優質、高產、優質、高產、低消耗 市場預測、快速響應、柔性生產、柔性生產、創新管理 先進控制系統 綜合自動化（綜合自動化（CIPS））

先進的控制工具，先進的控制工具，DCS、現場總線控制系統的出現與完善；、現場總線控制系統的出現與完善； 現代控制理論的不斷發展與提高。如預測控制、自適應控制、現代控制理論的不斷發展與提高。如預測控制、自適應控制、非線 性控制、性控制、魯棒控制以及智能控制等控制策略與方法仍然為目前國內 外學術界與工程界的熱點研究課題。外學術界與工程界的熱點研究課題。APC、RTO、PMC 的作用、、先進控制 – 確保操作運行在局部約束條件邊界上 隨著工業過程日益朝著集成化、大型化方向發展，隨著工業過程日益朝著集成化、大型化方向發展，系 優化 /在線優化 –，表現為控制目標多元化，統的復雜性不斷增加，表現為控制目標多元化，變量 統的復雜性不斷增加追求效益最大化目標 數目增多且相關性增強以及存在多種約束。數目增多且相關性增強以及存在多種約束。改進、過程監控 – 改進、提高運行效率

先進控制

優化/在線優化 優化 在線優化

過程監控 Operators 工程界形成共識： 工程界形成共識： Control + Optimization + Monitoring = Profits Planning、RTO、APC 的作用、、原材料信息獲取/生產計劃優化

計劃優化系統（PIMS））

每月/周

Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用簡化模型，采用簡化模型，僅考慮主要約束條件 簡化模型 優化全廠 全廠裝置 優化全廠裝置 優化預期進料 預期進料、優化預期進料、操作條件和價格 以效益最大化為驅動目標，實現經濟定價 以效益最大化為驅動目標，實現經濟定價 生產計劃－每月/每周 每周平均計劃 生產計劃－每月 每周平均計劃

調度約束、調度約束、價格等

計劃、計劃、調度 的過程變量

操作條件實時優化

在線優化

（RTO））CurrentOperations Optimization 小時

詳細的工程模型，詳細的工程模型，準確預測所有約束 進行各個裝置的單元優化 單元優化，進行各個裝置的單元優化，非全廠規模 基于當前生產 當前生產操作條件與價格進行優化 基于當前生產操作條件與價格進行優化 優化目標值能夠自動執行 優化目標值能夠自動執行

優化目標

過程約束

先進控制應用

Advanced Control Applications 通過裝置測試獲取線性動態模型 通過裝置測試獲取線性動態模型 應用范圍小于RTO（單一指標、控制回路等）應用范圍小于（單一指標、控制回路等）進行動態約束控制 進行動態約束控制 各約束條件預先定義的 預先定義的、各約束條件預先定義的、區分優先級別

先進控制

（APC））

分鐘

APC/RTO 實現過程

RTO 模型 及其在線應用

目標函數、定價、目標函數、定價、邏輯 PA1 進料/產品分析 進料 產品分析

實驗室

OVEREAHD LIGHT ENDS SS1 LVN TO PWF PA2 SS2 HF ATF 計劃調度 人員 PA3 T101 GOA CRUDE PA4 SS3 HF HCN LCCO GOC CRUDE F-101 F-170 Stm SS4 HF HCCO LCCO FO CRUDE BLENDING OVERFLASH CRUDE T-151 HCN T2101 LVGO LCCO F-2 1 0 1 F-2 1 5 0 分析工程師

價格 驅動力 限制約束 CRUDE FCCU 離線學習 ASSAY BLEND F 2 10 1 F 2 15 0 HVGO SLURRY ASPHALT 優化 工程師 APC應用

終端用戶

系統工程師 RTO 系統平臺

先控 工程師 DCS界面 界面 FC 101 操作工程師

過程控制與優化的位置

月/周 周 周/天 天

計劃 調度 實時優化(RTO)小時 分鐘 秒

先進控制（APC））常規控制回路 DCS – 儀表

先進控制技術（APC））

目標： 目標：

處理多變量的約束控制 提供單元的局部約束優化與動態控制

主要特點： 主要特點：

基于裝置測試數據的過程動態模型（非機理、基于經驗）基于裝置測試數據的過程動態模型（非機理、基于經驗）應包括裝置單元的所有主要約束條件 其包含優化是指實現操作目標（推向邊界條件），或包含簡 其包含優化是指實現操作目標（推向邊界條件），或包含簡），單的經濟指標 實現DCS層面上控制回路設定值的自動改變 層面上控制回路設定值的自動改變 實現

技術創新： 技術創新：

多變量測試與辨識技術 應用舉例

PTA溶劑脫水塔的 溶劑脫水塔的APC應用： 應用： 溶劑脫水塔的 應用

溶劑脫水塔先進控制系統

基于關鍵組分的多變量預測控制系統方案設計

擾動（反應器抽出水）擾動（反應器抽出水）或 進料量+回流溫度（PX進料量 回流溫度）進料量 回流溫度）L（回流量設定值）（XD（塔底 2O含量）塔底H 含量 XB（塔頂 塔頂HAC含量）含量 DP（全塔壓差）（全塔壓差）FV1（蒸汽流量閥位）蒸汽流量閥位）FV2（回流量閥位）回流量閥位）

先 進 控 制 器 GC V（蒸汽流量設定值）（T（塔底溫度回路設定值）（目標： 目標： 穩定塔釜組成DI1702（釜水）（釜水）穩定塔釜組成 降低塔頂酸耗和能耗

應用舉例

MV測試（多變量）： 測試（多變量）： 測試

應用舉例

階躍響應模型： 階躍響應模型：

應用舉例

MPC投運后的 曲線： 投運后的CV曲線 投運后的 曲線： APC應用現狀 應用現狀

1、建立了標準化的APC工程實施方案與步驟；、建立了標準化的 工程實施方案與步驟； 工程實施方案與步驟

2、從復雜實際工程應用中尋找問題根源，逐步完善現有、從復雜實際工程應用中尋找問題根源，APC技術（如閉環辨識技術）； 技術（如閉環辨識技術）； 技術

3、對數據分析、過程機理的綜合應用逐步加強、對數據分析、實時數據分析（模式識別方法）實時數據分析（模式識別方法）如，常減壓裝置原料頻繁切換問題； 常減壓裝置原料頻繁切換問題； 與基于嚴格機理的模型相結合 如，關鍵指標預估

在線優化技術（在線優化技術（RTO））

目標： 目標：

自動、自動、實時完成最優目標值 最大化經濟效益（一個或多個裝置）最大化經濟效益（一個或多個裝置）

主要特點： 主要特點：

非線性模型－ 非線性模型－基于工藝機理模型 根據裝置運行數據自動實現模型的在線修正 基于經濟定價的優化 基于裝置運行信息反饋的優化 最優目標的自動、最優目標的自動、閉環實現 針對當前約束條件下效益最高的裝置單元 RTO 優化目標

RTO的目標：在保證產品要求和過程變量滿足最小/最大約束 的目標：在保證產品要求和過程變量滿足最小 最大約束 的目標 的前提下最大化當前的操作利潤 最大化利潤 = ∑產品價值∑公用工程費用

煉油為例）產品要求（煉油為例）

塔頂輕組分質量指標 側線采出組分質量指標 塔底重組分質量指標

最小/最大約束條件 最小 最大約束條件 先進控制器（MPC）先進控制器（MPC）的主要約束條件 RTO 如何提升操作性能－精餾塔控制示例

冷凝器約束

再沸器約束 塔壓設計約束

進料

溢流液泛線

漏液線 塔壓

實時優化過程

穩態模型實現在線運行，穩態模型實現在線運行，從總體效益上進行優化 利用 APC技術實現目標 技術實現目標 當過程處于穩態時RTO運行 運行 當過程處于穩態時 當過程處于穩態時，一般每4小時運行一次 當過程處于穩態時，一般每4小時運行一次 正常情況下，每天運行 ～ 次 正常情況下，每天運行3～5次 穩態檢測時，一般要檢查至少 個以上變量情況 穩態檢測時，一般要檢查至少30個以上變量情況 盡可能地實現最大化利潤 基于經濟信息 利用RTO 改進操作實現最大化利潤 利用

實時優化過程

等待裝置調整平穩 穩態檢測

優化值下裝到DCS 控制器設定值改變 RTO 循環

從DCS中獲取數據

計算最優化操作條件

數據有效性驗證

約束、控制器狀態、約束、控制器狀態、價格因素等

模型計算/參數調整(基本工況)RTO每個班次將自動實現 ～4次循環計算 每個班次將自動實現3～ 次循環計算 每個班次將自動實現

APC 與 RTO 技術比較 APC應用 應用

過程中包含多個控制器 ? 動態經驗模型(假定過程響應是線 假定過程響應是線 性的)性的 ? 更新偏差 預測誤差 更新偏差/預測誤差 ? 進料信息特性描述簡單 ? 簡單線性規劃優化 ? 線性規劃只是幾個操作變量的代 價函數 RTO 應用

包含全部過程 ? 嚴格的、基于工藝機理的、穩態、嚴格的、基于工藝機理的、穩態、非線性模型 ? 更新工程參數 ? 詳盡的進料信息，如組分、比例 詳盡的進料信息，如組分、? 非線性優化 ? 詳細的經濟參數，有關原料供應、詳細的經濟參數，有關原料供應、產品、產品、公用工程的價格等

RTO 系統對 系統對APC的要求 的要求

APC能夠保證系統達到穩態 能夠保證系統達到穩態 實現過程中，的約束。在RTO實現過程中，優先考慮控制器中 實現過程中 優先考慮控制器中MV和CV的約束。和 的約束 因此，因此，應確保不能有不合理的箝位限制 APC 能夠平穩實現RTO的優化目標并保持這一目標，同時 能夠平穩實現RTO的優化目標并保持這一目標 的優化目標并保持這一目標，滿足所有 MV/CV的約束 的約束

值得注意的是: 必要情況下，犧牲經濟指標滿足控制需求，值得注意的是 必要情況下，犧牲經濟指標滿足控制需求，控制穩定性更為重要?？刂品€定性更為重要。

三、工程應用中過程 控制的新方向 過程監控 自適應控制器

過程監控

過程監控問題： 過程監控問題：

過程參數的變化：催化劑中毒、過程參數的變化：催化劑中毒、熱交換器結垢等 干擾參數的變化：進料流股中的濃度變化、干擾參數的變化：進料流股中的濃度變化、環境溫度變化等 執行器問題：卡住、空氣泄露、執行器問題：卡住、空氣泄露、氣源故障等 傳感器問題：堵塞、結垢、標定誤差等造成儀表損壞或偏差 傳感器問題：堵塞、結垢、控制器問題： 控制器問題：控制性能等

工業生產過程應用現狀： 工業生產過程應用現狀：

限幅傳感：超過定義閾值即報警，最為普遍、限幅傳感：超過定義閾值即報警，最為普遍、常用 偏差監測：仿真結果與實際觀測值比較，偏差監測：仿真結果與實際觀測值比較，依賴于模型準確性

目前基于儀表檢測信息的單變量監控應用普遍

滿足工業裝置運行需求

工業過程故障分析

產品不合格,不安全的操作條件 設備損壞等 產品不合格 不安全的操作條件,設備損壞等 不安全的操作條件 不能及時檢測和確認故障源將導致損失巨大經濟損失，不能及時檢測和確認故障源將導致損失巨大經濟損失，僅美 國石化行業，國石化行業，每年估計因缺乏對異常事件的有效監控而損失 200億美元 億美元

事實上

石化行業的自動化程度很高 從信息系統中獲取的數據量是非常驚人的因此

可利用豐富的數據信息進行過程監測，可利用豐富的數據信息進行過程監測，有效實現控制與優化 事實上，現代計算機技術可以分析處理這些數據，事實上，現代計算機技術可以分析處理這些數據，而這在以 前是不可能的

尋找有效的實時故障檢測和識別方法是 目前工業應用中主要發展目標之一。目前工業應用中主要發展目標之一。

過程監控的傳統方法

單變量統計監控

經典方法：基于施瓦特圖（經典方法：基于施瓦特圖（Shewhart）的應用）

給定一定的閾值，給定一定的閾值，可以在訓 練集中數據的統計特性基礎 上，應用統計假設理論來預 測系統變化是否失控。測系統變化是否失控。

故障識別

給定一個觀測變量X，每個變量的標準誤差： 給定一個觀測變量，每個變量的標準誤差：

e j =(x j ? μ j)/ s j μ j 是均值，s j 是第 個變量的標準差 是均值，是第j個變量的標準差

將標準差繪制在同一表中，將標準差繪制在同一表中，并且用基于顯著性水平的閾值 檢測失控變量。檢測失控變量。

目前過程監控的主要方法

基于多變量統計技術的監控方法： 基于多變量統計技術的監控方法：

數據驅動方法

主元分析法（主元分析法（PCA））費舍爾判別分析法（基于模式分類學的故障診斷）基于模式分類學的故障診斷）部分最小二乘法 類似于PCA的子空間辨識方法）的子空間辨識方法）規范變量分析法（類似于 的子空間辨識方法

特點： 特點：高維數據變換為 低維，低維，通過單圖顯示 數據可視化），），有助（數據可視化），有助 于為操作員解釋過程數 據的顯著變化趨勢。據的顯著變化趨勢。

解析法

基于參數估計、基于參數估計、基于觀測器設計和等價關系

特點：應用在輸入、特點：應用在輸入、輸出和狀態數目相對 較小的系統

基于知識的方法

采用定性模型——基于因果分析、專家系統和模式識別 基于因果分析、采用定性模型 基于因果分析

克服單變量統計技術忽略的過程變量空間相關以及序列相關性的影響

過程監控的金字塔結構

廣義 PCA 模型

特 定 事 件 的 PCA監控模型 監控模型 基于簡單模型的監測，基于簡單模型的監測，PID 監控器，閥流量模型 監控器，異常事件檢測（異常事件檢測（AED））(復雜工況檢測 復雜工況檢測)復雜工況檢測

實時指導系統

多變量)智能報警(多變量 多變量

(診斷 & 建議 診斷 建議)報警信息管理（ACM/AEA））DCS 報警系統

過程監控系統的目標(I)報警與事件管理（報警與事件管理（Alarm and Event Management））通過開發相關工具和程序有效提升報警系統性能;通過開發相關工具和程序有效提升報警系統性能

適當合理化和過濾報警信號 通過相關操作適時激活報警系統

確保報警信息 明確、明確、有效

為控制臺和現場操作工提供報警和事件信息的整合 異常事件檢測（異常事件檢測（Abnormal Event Detection））檢測操作條件 的偏離，的偏離，使操 開發針對煉油和石化過程關鍵單元操作的AED技術 開發針對煉油和石化過程關鍵單元操作的 技術 作員在報警前 儀表動作失效； 儀表動作失效；操作區域出現問題等 處理。處理。開發AED的有效工具，如PCA方法等 的有效工具，開發 的有效工具 方法等 為控制臺操作人員提供實時的基于知識的工況檢測和診斷指導信息 搭建操作員實時指導系統的結構框架

操作員實時指導系統（操作員實時指導系統（Real Time Advisories））

過程監控系統的目標(II)操作約束管理（操作約束管理（Operations Constraint Management）

幫助明確當前與操作（包括 幫助明確當前與操作（包括APC、RTO）相關的約束條件、）幫助理解當前各主要約束條件 幫助推向卡邊操作以獲取利潤最大化 正確地預測(評估 正確地預測 評估)當前工況和下一可能約束之間的距離 評估

程序化操作（程序化操作（Procedural Operations））

檢測、分析、指導、恢復等）發展在線程序以實現過程的無縫操作（檢測、分析、指導、恢復等）

發展和實施過程管理系統集成解決方案，不論程序是否自動執行，發展和實施過程管理系統集成解決方案，不論程序是否自動執行，確保實現當前僅一個程序管理系統在運行

異常事件的檢測過程

當前的觀測值 正常過程行為描述 比較

統計模型、如：統計模型、工程關 系、啟發式知識等

差異性解釋

警告： 如果與正常預期變化不符 警告： 顯示：解釋差異在哪里 顯示： 目標: 為操作員提供 早期預警 優點: 減少低負荷和停車工況

模糊布爾邏輯

異常事件的檢測特征

AED 將在報警系 統前做出響應 DCS 報警系統

報警區域

AED 將讓操作人員有 更多時間進行操作 操作員動作 對報警進行響應 采取預防措施

非正常工況檢測區域

過程監控 正常操作

過程監控系統舉例

95% 正常操作都在橢圓里 外部離群值警告將會有問 題出現 很容易識別有問題的變量 通過故障樹分析，通過故障樹分析，可以識 別問題起源 已驗證此項技術的可靠性

過程監控發展的建模技術

預期的改進操作

控制器逐漸把離群值拉回到邊界 控制器逐漸把離群值拉回到邊界25%的范圍內 的范圍內

過程監控系統設計的主要特征

基于多變量控制技術，基于多變量控制技術，并確?？刂破餍阅?采用基于線性規劃的多變量控制技術 有DMC控制器的所有特性 控制器的所有特性 非正常工況的檢測和處理確保多變量控制器性能 控制器會逐步實現產量最大化 監控系統確保安全性 當過程將出現問題時，當過程將出現問題時，會提醒操作人員 當有突發的嚴重的擾動時，當有突發的嚴重的擾動時，會切換到安全模式 控制器性能實現自動監控

自適應先進控制策略

控制系統的重要性

控制系統是裝置運行的基礎: 控制系統是裝置運行的基礎

財務 收入減少，收入減少，支出增加 質量，產量，質量，產量，原料 及公用工程消耗 產量、轉化率、產量、轉化率、分離效果等 設備性能變差

裝置

過程單元 生產設備

反應器,壓縮機, 反應器,壓縮機,熱交換器等

過程控制系統

傳感器,常規控制,先進控制,分析儀表，閥,傳感器,常規控制,先進控制,分析儀表，軟測量

控制器性能差

控制器性能差

生產裝置的操作性能變差 生產裝置的操作性能變差

財務狀況下降

自適應控制系統基礎 － 實現控制器性能監測

控制器性能優劣直接影響裝置生產操作，因此，控制器性能優劣直接影響裝置生產操作，因此，開發控制器性 能監控技術有利于： 能監控技術有利于： 標準控制特性與裝置效益的關聯； 標準控制特性與裝置效益的關聯； 改進控制器性能； 改進控制器性能； 減少70%MPC的開發周期； 的開發周期； 減少 的開發周期 建立基于條件變化（建立基于條件變化（Condition-Based）的連續改進模型）

結果: 結果

更好的控制性能使工廠可以增加 的利潤 更好的控制性能使工廠可以增加5%的利潤 ? 基于條件的控制可以減少 基于條件的控制可以減少30%的維護費用 的維護費用

何為先進控制與優化系統的堅實基礎？ 何為先進控制與優化系統的堅實基礎？

在線優化/調度 在線優化 調度

在線優化/計劃的實施基礎： 在線優化 計劃的實施基礎： 計劃的實施基礎

先進控制? 先進控制 DMC 準確的模型 有效調節、有效調節、控制 較寬的操作范圍 APC的實施基礎： 的實施基礎： 的實施基礎

基礎控制系統/儀表 分析儀 基礎控制系統 儀表/分析儀 儀表

提供可靠的關鍵儀表與分析儀器 基礎控制回路性能良好

目前問題 — 如何實現自適應控制

存在問題（存在問題（MPC）:）

模型測試與辨識成本高； 模型測試與辨識成本高； 模型辨識、預測控制技術缺乏整體性； 模型辨識、預測控制技術缺乏整體性； 控制算法適用對象面窄； 控制算法適用對象面窄； 持續投運率低 不易維護 實施周期長成本高

先進控制? 先進控制 DMC 先進控制層 先進控制器性能監測 控制器模型的自動更新 約束條件的自動分析 基礎控制回路層

基礎控制系統/儀表 分析儀 基礎控制系統 儀表/分析儀 儀表

基礎控制回路的性能監測 確認問題后的工作流程

自適應控制的目標

建立、發展一套工程應用工具與實施流程，建立、發展一套工程應用工具與實施流程，使得在低成本條 件下實現/維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中。件下實現 維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中。維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中

實現控制系統的自動、實現控制系統的自動、自適應維護是關鍵

利用、發展有效工具和方法，如： DMC Solution Analysis Tool 利用、發展有效工具和方法，采用和改進經濟性度量標準，采用和改進經濟性度量標準，保持控制器性能

先進控制器性能評價標準（除投運率外）先進控制器性能評價標準（除投運率外）

關聯控制器性能評價與經濟效益的關系

明確基礎控制回路與控制系統整體結構的關系

確定機會損失

控制器性能

引起控制器性能衰減的因素 原 因

基于計劃調度或RTO的經濟目標的改變 的經濟目標的改變 基于計劃調度或 操作條件或者過程變化 基礎控制回路與儀表出現問題

影 響

控制器將操作條件推向錯誤的目標值 模型失配、控制器失效 模型失配、控制器失效, 調節范圍受限 無法克服擾動并維持控制目標

投運率本身也無法充分度量控制器性能和機會損失 2 3 效 益 機會損失

良好維護 在線監控

維護較差 無監控

控制器性能改善的要求

先進控制器性能的改善

適用范圍、準確性等）高質量的控制器模型（適用范圍、準確性等）

控制器模型隨過程與操作條件而變化

基礎回路控制器性能改善

更為頻繁地監控基礎控制回路層的性能 及時解決基礎回路、及時解決基礎回路、儀表和分析儀器的問題

其它有效方法－利用現有技術實現主要的、附加功能 其它有效方法－利用現有技術實現主要的、過程監控 事件檢測與分析 事件的報告與解決方法

先控模型的自動更新

分為四個步驟： 分為四個步驟：

目前現狀： 目前現狀：

僅在出現問題時檢查控制器 主要采用投運率ON / OFF作為監 主要采用投運率 作為監 測手段 XOM MV metric being rolled out – no baseline 提交工程師進行問題診斷

目前現狀： 目前現狀：

已經具有多種自動測試軟件(Taiji, Smartstep)各自獨立，各自獨立，與辨識或控制過程不連接 要求專業人員使用 辨識過程沒有自動實現，辨識過程沒有自動實現，依靠手動專家經驗

自動測試

目標： 目標： 自動辨識

自動測試軟件與自動辨識軟件相連 辨識結果修正、辨識結果修正、或者加強測試 對于非專業人員也能夠簡單操作，對于非專業人員也能夠簡單操作，仍需要過程知識

控制器性能監控

目標： 目標：

實現控制器性能的連續監控 在線性能監測指標 實時溯源問題診斷 確認先控系統調整帶來性能改進(與模型 與模型 質量問題相區分）質量問題相區分）

目前現狀： 目前現狀： 矩陣訓練工具（病態矩陣良化）病態矩陣良化）目標： 目標：

面向非專業人員使用－ 面向非專業人員使用－但仍需要過程知識 快速、快速、有效實現 一旦結構形式確認，一旦結構形式確認，可反復用于模型更新 非常復雜的過程，非常復雜的過程，需要專業人員 計算過程耗時長 每個控制器更新過程都需要

基礎控制系統

對底層基礎控制回路的性能進行監測 檢測異 常信息 Detect 診斷/修復 診斷 修復 Diagnose / Quantify 基礎控制系 統監測 Base Monitoring 檢測基礎回路控制層問題，檢測基礎回路控制層問題，確認執行器故 障對生產單元性能的影響 儀表與分析儀出現故障 控制閥滯澀 PID回路的參數整定問題 回路的參數整定問題 計算由于執行機構故障造成效益的機會損 失成本 導致先進控制系統回路中的變量無效 限制先進控制器操作范圍 無法實現產量最大化 放棄其它附加的產品質量控制 為生產運營商（企業）為生產運營商（企業）處理異常信息提供 工作方案 為企業提供處理過程的優先級信息 對上述事件的處理進行跟蹤

報告 Report 確定處理過程方案

企業運營部門

修復

集成的工作過程與工具

異常信息檢測

自動測試

診斷/修復 診斷 修復

基礎回 路控制

報告

控制器性 能監測 MPC/NLC 先進控制

自動辨識

形成工作流程

矩陣訓練工具

企業運營部門

自適應控制 – 關鍵技術與軟件

基礎控制回路性能監測 代表軟件： 代表軟件：Matrikon ProcessDoctor PID 先進控制器性能監測 代表軟件： 代表軟件：AspenWatch 測試/辨識 建立、強化模型功能）測試 辨識（建立、強化模型功能）代表軟件： 代表軟件：Tai-Ji ID & SmartStep & Subspace ID 增強模型魯棒性)矩陣條件數改進(增強模型魯棒性 增強模型魯棒性

代表軟件： 代表軟件： SmartAudit(AspenTech)收益分析

提高生產過程的操作性能： 提高生產過程的操作性能：

減少 減少30%的產品質量波動 的產品質量波動 ? 減少 ～10%的能耗 減少5～ 的能耗 ? 增加產量 ～5% 增加產量2～ ? 通過控制器監控的統一解決方案，減少總費用 通過控制器監控的統一解決方案，節省維護費用

基于條件的維護策略可以節約最多 基于條件的維護策略可以節約最多30%的維護費用 的維護費用 ? 可以節約 可以節約70%的MPC開發和重復測試的費用 的 開發和重復測試的費用

四、過程控制與優化的案例分析

典型案例

1、芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化、2、PTA加氫反應過程的優化、加氫反應過程的優化

3、聚酯裝置反應過程的優化、4、乙烯裝置中裂解爐的節能控制與優化、芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

研究對象： 研究對象： 芳烴裝置對二甲苯分餾單元兩條生產線： 芳烴裝置對二甲苯分餾單元兩條生產線： 800#（老裝置）、（老裝置）、8500#（新建裝置））、（新建裝置）

存在問題： 存在問題：

確保新老二甲苯 分餾裝置所處理 的C8A資源負荷 資源負荷 分配在相對優化 的運行狀態

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

二甲苯精餾裝置機理建模

B1，B2分別為裝置的輸入分配比，分別為裝置的輸入分配比 DA801、DA804、DA8501分別為二甲苯的三個分離裝置、、分別為二甲苯的三個分離裝置

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

二甲苯精餾裝置機理模型的校正: 二甲苯精餾裝置機理模型的校正

ASPEN流程模擬軟件對精餾與分離過程均采用平衡全 流程模擬軟件對精餾與分離過程均采用平衡全 混池假設，混池假設，計算數據與工業實際值之間必然存在一些 偏差。偏差。

1、根據裝置的結構數據、操作數據、各塔組分分析化驗、根據裝置的結構數據、操作數據、數據及能耗數據，采用數據調和技術 數據調和技術對數據進行有效 數據及能耗數據，采用數據調和技術對數據進行有效 性一致性分析，供建模分析。性一致性分析，供建模分析。模型參數調試、2、選擇典型工況數據，進行模型參數調試、校正，使三、選擇典型工況數據，進行模型參數調試 校正，塔塔板溫度分布、組分大小與分配比例與實際相符。塔塔板溫度分布、組分大小與分配比例與實際相符。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

靈敏度分析： 靈敏度分析： 1）改變輸入分配比對裝置能耗的影響）

可以看出，隨著輸入分配比 由小增大, 可以看出，隨著輸入分配比B1,B2由小增大 三塔的 由小增大 冷負荷也隨之增大，基本呈線性。冷負荷也隨之增大，基本呈線性。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

2）改變輸入分配比對裝置）改變輸入分配比對裝置OX產出的影響 產出的影響

為了能保證OX盡量多產出的情況下，降低裝置的能耗，盡量多產出的情況下，降低裝置的能耗，為了能保證 盡量多產出的情況下 需要研究輸入分配比與裝置OX產出的影響。產出的影響。需要研究輸入分配比與裝置 產出的影響 OX 產 出 KG /HR OX 產 出 KG /HR 可以看出，隨著、的變化 的變化，產出接近二次曲線 產出接近二次曲線，可以看出，隨著B1、B2的變化，OX產出接近二次曲線，B1=0.44，B2=0.65處各有一峰值。處各有一峰值。處各有一峰值

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

3）改變回流比對塔釜OX產出與冷負荷的影響）改變回流比對塔釜 產出與冷負荷的影響

回流比對操作工況的影響很大，塔為例，回流比對操作工況的影響很大，以DA804塔為例，改變回流 塔為例 對二甲苯裝置的塔釜OX產出與冷負荷的影響，如圖： 產出與冷負荷的影響，比，對二甲苯裝置的塔釜 產出與冷負荷的影響 如圖：

冷 負 荷 M M K C A L/ H R OX 產 出 KG /HR 從上圖可看出，回流比增大，從上圖可看出，回流比增大，塔釜采出與冷負荷也隨之 增大，須折中考慮。增大，須折中考慮。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

4）改變進料塔板位置對冷負荷影響）

可調整的進料口位置： 可調整的進料口位置： DA801：FC8001－25塊塔板、35塊塔板，FC3034－50塊塔板、60塊塔板； ： 塊塔板、塊塔板 塊塔板，塊塔板、塊塔板 塊塔板； － 塊塔板 － 塊塔板 DA8501：FC7518－28塊塔板、48塊塔板，FC8504－96塊塔板、144塊塔板 ： 塊塔板、塊塔板 塊塔板，塊塔板、塊塔板 － 塊塔板 － 塊塔板

冷 負 荷 M M KC AL /H R 冷 負 荷 M M KC AL /H R 進料位置改變前

進料位置改變后

根據上述調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，根據上述調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，冷 負荷略有上升。負荷略有上升。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

5）改變進料塔板位置對OX產出影響）改變進料塔板位置對 產出影響

改變進料位置對OX產出的影響 產出的影響 改變進料位置對 O X 產 出 K G / H R O X 產 出 K G / H R 進料位置改變前

進料位置改變后

按以上調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，按以上調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，OX產出下降。產出下降。產出下降

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化工藝操作條件優化： 工藝操作條件優化：

優化目標：三個塔塔釜OX產出最大化 & 三個塔總能耗最小 優化目標：三個塔塔釜 產出最大化 優化手段：三塔回流比、優化手段：三塔回流比、三塔的進料流量 約束條件：主要是三塔冷、熱負荷，約束條件：主要是三塔冷、熱負荷，同時確保： 同時確保：（1）各單元操作條件滿足工藝許可的設定范圍內；）各單元操作條件滿足工藝許可的設定范圍內；（2）各單元被控參數在工藝要求變化范圍內；）各單元被控參數在工藝要求變化范圍內；

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

將運用所建立的模型，將運用所建立的模型，根據上述的數據采集與處理方 采集現場數據，法，從DCS采集現場數據，以處理后的現場數據作為 采集現場數據 模型的輸入，通過先進的優化算法，模型的輸入，通過先進的優化算法，進行操作條件優 化的實時計算。化的實時計算。

對不同組成的進料進行流向分配，對不同組成的進料進行流向分配，通過輸入各股進料 組成和流量，自動計算出最優的進料分配比例，組成和流量，自動計算出最優的進料分配比例，用于 指導操作人員的實際操作，指導操作人員的實際操作，進而在保證產品產量與質 量下，達到降低能耗的目的。量下，達到降低能耗的目的。PTA加氫反應過程優化 加氫反應過程優化 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

經換熱網絡預熱至 281.5℃左右 形成 ℃左右,形成 26.5%wt左右的水溶液 左右的水溶液

固定床式反應器,內含 固定床式反應器 內含Pd/C催 內含 催 化劑床層,反應溫度 反應溫度281.5℃左 化劑床層 反應溫度 ℃ 右,壓力 壓力7.2MPa左右 左右 壓力

飽和蒸汽 TA進料 TA進料 H2 在高溫高壓下完全溶解于水，在反應器中流過Pd/C催化劑 將CTA在高溫高壓下完全溶解于水，與H2在反應器中流過 在高溫高壓下完全溶解于水 在反應器中流過 催化劑 床層,進行動態連續催化加氫還原 進行動態連續催化加氫還原,將 還原成為易溶于水的PT酸 床層 進行動態連續催化加氫還原 將4-CBA還原成為易溶于水的 酸, 還原成為易溶于水的 而有色雜質也同時分解,經過結晶過濾和干燥 得到纖維級PTA產品 其 經過結晶過濾和干燥,得到纖維級 產品,其 而有色雜質也同時分解 經過結晶過濾和干燥 得到纖維級 產品 含量可以≤15ppmw 中4-CBA含量可以 含量可以

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

PTA加氫反應過程優化目標之一：節能 加氫反應過程優化目標之一： 加氫反應過程優化目標之一

主要節能對象為界外飽和蒸汽（加氫換熱網絡用）主要節能對象為界外飽和蒸汽（加氫換熱網絡用）

PTA加氫反應過程優化目標之二：節水 加氫反應過程優化目標之二： 加氫反應過程優化目標之二

減少溶解CTA用打漿水 用打漿水 減少溶解

PTA加氫反應過程優化目標之三：減排 加氫反應過程優化目標之三： 加氫反應過程優化目標之三

節約打漿水的同時，節約打漿水的同時，會減少污水排放

PTA加氫反應過程優化目標之四：增產 加氫反應過程優化目標之四： 加氫反應過程優化目標之四

提高反應器產能

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

解決方法： 解決方法：基于機理

節 能

節 水

建模的操作條件優化

最有效、最易可行 最有效、的手段 — 提濃 操作條件優化： 操作條件優化： 溫度、溫度、H2流量等 減 排 增 產

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術 一 反應過程動力學模型

實驗室研究并驗證反應動力學網絡并得到實驗室動力學模型： 實驗室研究并驗證反應動力學網絡并得到實驗室動力學模型： 串級加氫主反應和脫羰副反應并存 CHO COOH Rh/C + CO COOH 二 反應器模型

根據工業反應器特性，通過合理假設選定合適的反應器模型： 根據工業反應器特性，通過合理假設選定合適的反應器模型：平推流模型 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化 PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術 三 流程模擬的建立

利用流程模擬軟件，根據反應動力學模型和反應器模型，利用流程模擬軟件，根據反應動力學模型和反應器模型，選擇 合適的物性方程等，建立PTA PTA加氫反應過程的流程模擬 合適的物性方程等，建立PTA加氫反應過程的流程模擬 四 工業加氫反應過程模型的校正

根據實際工業數據，利用數據校正技術，對模型進行修正，根據實際工業數據，利用數據校正技術，對模型進行修正，主 要校正實驗室反應動力學模型的參數 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

約束條件

接口程序

實際工況

優化算法

粒子群優化算法 等進化算法

流程模擬

反應機理

優化目標

優化結果

現場實施

評 價

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

揚子PTA裝置加氫反應過程優化： 裝置加氫反應過程優化： 揚子 裝置加氫反應過程優化

第一階段： 第一階段： 配料濃度穩定在27%wt左右，生產控制上以在線濃度顯示 左右，配料濃度穩定在 左右 值為主,調整下料轉速使顯示值控制在 左右(在線儀和 值為主 調整下料轉速使顯示值控制在24.3%左右 在線儀和 調整下料轉速使顯示值控制在 左右 人工分析值之間有2.7的偏差。人工分析值之間有 的偏差)。的偏差 第二階段： 第二階段： 配料濃度穩定在27.5%wt左右，生產控制上以在線濃度顯 左右，配料濃度穩定在 左右 示值為主調整下料轉速使顯示值控制在24.8%左右。左右。示值為主調整下料轉速使顯示值控制在 左右 第三階段： 第三階段： 配料濃度穩定在28%wt左右，生產控制上以在線濃度顯示 左右，配料濃度穩定在 左右 值為主調整下料轉速使顯示值控制在25.3%左右。左右。值為主調整下料轉速使顯示值控制在 左右

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

在線濃度分析 儀顯示值

一階段

14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 4-CBA含 ppmw 量 PTA中4-CBA含量 4-CBA人工分 人工分

三階段

二階段

析值≤14ppmw 析值

系列1 5 7 天 9 11 13 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

實施效果： 實施效果：

一、節水 在調優第一階段，打漿水平均為 在調優第一階段，打漿水平均為118.05t/h，調優第二階段，打漿，調優第二階段，水平均為117.19t/h，調優第三階段，打漿水平均為 水平均為，調優第三階段，打漿水平均為116.05t/h。進。料濃度從27%提高到 提高到28%時，單線每小時平均可以節約打漿水 節約打漿水2 料濃度從 提高到 時 單線每小時平均可以節約打漿水 噸左右。噸左右。每噸打漿水價格為6元 則節水經濟效益為： 萬元 每噸打漿水價格為 元，則節水經濟效益為：9.6萬元

二、減排

節約打漿水的同時，就會減少污水的排放。根據物料衡算，節約打漿水的同時，就會減少污水的排放。根據物料衡算，每節 噸打漿水，噸污水的排放。約1噸打漿水，大約可以減少 噸打漿水 大約可以減少0.73噸污水的排放。進料濃度從 噸污水的排放 進料濃度從27% 提高到28%時，單線每小時可以減少污水排放 減少污水排放1.46噸左右。噸左右。提高到 時 單線每小時可以減少污水排放 噸左右 每噸污水處理費用為22.5元，則減排經濟效益為 26.28萬元 元 每噸污水處理費用為 萬元 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

實施效果： 實施效果：

三、節能

PTA精制單元的節能，主要針對供給換熱網絡的9.0MPa蒸汽。由 精制單元的節能，主要針對供給換熱網絡的 蒸汽。精制單元的節能 蒸汽 于在調優過程中，進料負荷基本維持不變，因此9.0MPa蒸汽日均 于在調優過程中，進料負荷基本維持不變，因此 蒸汽日均 消耗維持。當進料濃度從27%提高到 提高到28%時，每噸 消耗維持。當進料濃度從 提高到 時 每噸PTA可節約 可節約 0.023噸左右的 噸左右的9.0MPa蒸汽。蒸汽。噸左右的 蒸汽 每噸9.0MPa蒸汽折合成 每噸 蒸汽折合成92kg標油，每kg標油為 元，則節能經濟效 標油，標油為3元 蒸汽折合成 標油 標油為 益為：235.2 萬元 益為：

四、增產

PTA精制單元提濃最大的益處就是增產。當進料濃度從27%提高 精制單元提濃最大的益處就是增產。當進料濃度從 精制單元提濃最大的益處就是增產 提高 萬噸。到28%時，可以增產大約 時 可以增產大約3.7%的PTA，增產 的，增產1.332萬噸。萬噸 每噸PTA純利潤為 元，則增產的經濟效益為 1198.8 萬元 純利潤為900元 每噸 純利潤為

聚酯裝置反應過程優化

聚酯過程生產工藝

聚酯過程生產工藝主要分為三個階段進行： 聚酯過程生產工藝主要分為三個階段進行：

酯化：原料 按一定的摩爾配比加入打漿罐，酯化：原料PTA與EG按一定的摩爾配比加入打漿罐，在攪 與 按一定的摩爾配比加入打漿罐 拌下進行打漿均勻混合。拌下進行打漿均勻混合。漿料以齒輪泵定量連續送入酯化 釜，進行酯化反應。酯化過程生成的水隨EG蒸出。蒸出。進行酯化反應。酯化過程生成的水隨 蒸出 預縮聚：酯化產物用泵經過濾器送至預縮聚釜進行縮聚。預縮聚：酯化產物用泵經過濾器送至預縮聚釜進行縮聚。終縮聚：預縮聚產物以齒輪泵送至縮聚釜，在高溫、終縮聚：預縮聚產物以齒輪泵送至縮聚釜，在高溫、高真 空和攪拌下進行終縮聚，以達到反應終點。空和攪拌下進行終縮聚，以達到反應終點。

聚酯新老裝置能耗對比

新老裝置能耗對比 140 135 能耗，kg 標油 / T 聚酯 能耗，kg標油 標油/ 120 100 80 60 40 20 0 老聚酯 新裝置 89.48 引進的聚酯生產老裝置能耗是國產新裝置的 1.5倍 原有裝置存在較大節能空間。1.5倍，原有裝置存在較大節能空間。1本文由百有任何貢獻

ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。2007 PSE Asia 石油化工過程先進控制與優化

—— 現狀與發展

華東理工大學

錢 鋒

二零零七年八月

主要內容

一、過程控制與優化的作用

二、過程控制與優化的現狀 APC與RTO廣泛應用 與 廣泛應用

三、工程應用中過程控制的新方向

過程監控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系統集成監控 過程監控： 全系統集成監控 自適應控制器： 自適應控制器：克服傳統概念對模型精確性要求

四、過程控制與優化的案例分析

一、過程控制與優化的作用

國家發展戰略需求

國家中長期科學和技術發展規劃綱要》 流程工業的綠色化、《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》將“流程工業的綠色化、自 動化及裝備”列為優先發展主題，重點研究開發“ 動化及裝備”列為優先發展主題，重點研究開發“基于生態工業概念 的系統集成和自動化技術，流程工業需要的傳感器、的系統集成和自動化技術，流程工業需要的傳感器、智能化檢測控制 技術、裝備和調控系統。技術、裝備和調控系統?！?中國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》 《中國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》裝備制造業振興 的重點： 推進百萬噸級大型乙烯成套設備和對二甲苯、成套設備和對二甲苯 的重點：“推進百萬噸級大型乙烯成套設備和對二甲苯、對苯二甲酸 成套設備國產化。成套設備國產化?！保ㄗ詣踊夹g非常重要）國產化 自動化技術非常重要）國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》指出，《 國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》 指出，在“ 發展重大 工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器，工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器，滿足重點建設工程及其他 實現重點突破。重大（成套）重大（成套）技術裝備高度自動化和智能化的需要 ”實現重點突破。

用自動化技術提高流程工業自主創新能力

石油和化學工業發展需求

國民經濟的支柱產業 2005年石油和化學工業總產值達到 年石油和化學工業總產值達到33762億元，占 億元，年石油和化學工業總產值達到 億元 國民生產總值（億元）國民生產總值（182321億元）的18.5% 億元 石油和化學工業既是產能大戶又是耗能大戶 2005年我國石油化工行業總能耗3.048億噸標準煤，年我國石油化工行業總能耗 億噸標準煤，年我國石油化工行業總能耗 億噸標準煤 占全國總能耗的15% 占全國總能耗的 萬元GDP能耗是0.903噸標準煤，比國外同行業平均 能耗是 噸標準煤，萬元 能耗 噸標準煤 水平高 水平高15%～20% ～ 污水排放，全行業達32.3億噸，廢氣 億噸，污水排放，全行業達 億噸 廢氣1.4274萬億立 萬億立 方米，固體廢棄物8406萬噸 方米，固體廢棄物 萬噸

應用過程控制與優化技術實現節能減排

過程控制與優化如何實現節能降耗 1.運行過程優化操作

過程控制

目的：克服擾動，目的：克服擾動，保證操作安全性和平穩性 手段：先進控制器（控制方法、算法）手段：先進控制器（控制方法、算法）設計

過程優化

目的：確定最優操作條件，增產、節能、降耗、目的：確定最優操作條件，增產、節能、降耗、減排 手段：生產裝置、過程、手段：生產裝置、過程、流程的模擬和優化運行

用能過程監控

優化生產操作條件，優化生產操作條件，確保過程用能始終保持在高效工況 下運行

過程控制與優化如何實現節能降耗 2.過程用能組合優化

夾點技術提升和設計換熱網絡

對工廠換熱網絡運行進行優化操作，可節省操作費 對工廠換熱網絡運行進行優化操作，可節省操作費20 ％～50％，投資回收期一年左右； ％，投資回收期一年左右 ％～ ％，投資回收期一年左右； 對新建工廠換熱設備進行優化設計，比傳統方法可節省 對新建工廠換熱設備進行優化設計，投資10％～ ％，操作費節省 ％～50％。％～20％，操作費節省30％～ 投資 ％～ ％，操作費節省 ％～ ％。Exergy分析方法 分析方法

注重能量的質量高低或有效能的大小 工藝裝置能量優化、工藝裝置能量優化、工藝裝置及與其它單元之間的熱聯 合、全廠低溫熱優化利用以及蒸汽動力系統綜合優化 應用于實際工業裝置的優化設計和節能改造中，應用于實際工業裝置的優化設計和節能改造中，可取得 極大的經濟效益與社會效益。極大的經濟效益與社會效益。

先進控制和優化應用的效益

Aspen公司 數據表明： 公司 數據表明：

實施APC取得的效益中，降低能耗占10％，產品質 取得的效益中，降低能耗占 ％，％，產品質 實施 取得的效益中 量提高占10%，提高裝置生產平穩與安全性占 ％，量提高占，提高裝置生產平穩與安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。％，提高加工能力占 提高回收率占 ％，提高加工能力占 ％。Chemshare公司數據表明： 公司數據表明： 公司數據表明 改造常規儀表獲得10％的效益，用DCS改造常規儀表獲得 ％的效益，在DCS上實 改造常規儀表獲得 上實 上實現RTO獲得 獲得40 獲得40％的效益，上實現 獲得 現APC獲得 ％的效益，在APC上實現 獲得 的效益。％的效益。Foxboro公司數據表明： 公司數據表明： 公司數據表明 效益比：DCS為 1 : ARC為 3 : APC為 5 : RTO 為 9。效益比： 為 為 為。

過程控制與優化技術面臨的挑戰

市場、技術、政策導向等的變化不斷給流程模擬、市場、技術、政策導向等的變化不斷給流程模擬、先 進控制和過程優化技術提出了新的要求和挑戰 嚴格的環保指標和成本控制要求，多目標、嚴格的環保指標和成本控制要求，多目標、變約束 的優化與控制任務等，目前已有的流程模擬、的優化與控制任務等，目前已有的流程模擬、先進 控制和過程優化技術尚不能完全勝任，控制和過程優化技術尚不能完全勝任，需要進一步 加強創新研究 過程模型化技術和水平還遠不能滿足我國石化行業發 展的需要 關鍵石化技術國際供應商在模型上對我國實行技術 封鎖，需要自主地進行流程的設計、封鎖，需要自主地進行流程的設計、優化和提升

先進控制與優化技術面臨的挑戰

過程模型和優化技術的創新與進步

模型的準確性和效率、在線模型參數調整、模型的準確性和效率、在線模型參數調整、測量 儀表故障補償、系統擾動克服、儀表故障補償、系統擾動克服、系統框架優化設 計、系統長期維護困難等是造成現有技術在工業 系統長期維護困難等是造成現有技術在工業 裝置上長期有效運行不理想的主要原因； 裝置上長期有效運行不理想的主要原因； 過程模型化技術和優化技術特別是在線模型校正 過程模型化技術和優化技術特別是在線模型校正 與優化技術等關鍵技術的創新對流程模擬、與優化技術等關鍵技術的創新對流程模擬、先進 等關鍵技術的創新對流程模擬 控制和過程優化至關重要； 控制和過程優化至關重要；

二、過程控制與優化的現狀

過程控制發展的回顧

階段 控制理論 控制工具 控制要求 控制水平一 年代70以前 以前）（年代 以前）

經典控制理論 二 年代）（70～80年代）～ 年代 現代控制理論 三 年代）（90年代）年代 控制論、信息論、控制論、信息論、系 統論、統論、人工智能等學 科交叉 計算機網絡、計算機網絡、現場總 線系統與智能儀表

常規儀表 分布式控制計算機（DCS））氣動、液動、電動）（氣動、液動、電動）安全、安全、平穩 簡單控制系統

市場預測、快速響應、優質、高產、優質、高產、低消耗 市場預測、快速響應、柔性生產、柔性生產、創新管理 先進控制系統 綜合自動化（綜合自動化（CIPS））

先進的控制工具，先進的控制工具，DCS、現場總線控制系統的出現與完善；、現場總線控制系統的出現與完善； 現代控制理論的不斷發展與提高。如預測控制、自適應控制、現代控制理論的不斷發展與提高。如預測控制、自適應控制、非線 性控制、性控制、魯棒控制以及智能控制等控制策略與方法仍然為目前國內 外學術界與工程界的熱點研究課題。外學術界與工程界的熱點研究課題。APC、RTO、PMC 的作用、、先進控制 – 確保操作運行在局部約束條件邊界上 隨著工業過程日益朝著集成化、大型化方向發展，隨著工業過程日益朝著集成化、大型化方向發展，系 優化 /在線優化 –，表現為控制目標多元化，統的復雜性不斷增加，表現為控制目標多元化，變量 統的復雜性不斷增加追求效益最大化目標 數目增多且相關性增強以及存在多種約束。數目增多且相關性增強以及存在多種約束。改進、過程監控 – 改進、提高運行效率

先進控制

優化/在線優化 優化 在線優化

過程監控 Operators 工程界形成共識： 工程界形成共識： Control + Optimization + Monitoring = Profits Planning、RTO、APC 的作用、、原材料信息獲取/生產計劃優化

計劃優化系統（PIMS））

每月/周

Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用簡化模型，采用簡化模型，僅考慮主要約束條件 簡化模型 優化全廠 全廠裝置 優化全廠裝置 優化預期進料 預期進料、優化預期進料、操作條件和價格 以效益最大化為驅動目標，實現經濟定價 以效益最大化為驅動目標，實現經濟定價 生產計劃－每月/每周 每周平均計劃 生產計劃－每月 每周平均計劃

調度約束、調度約束、價格等

計劃、計劃、調度 的過程變量

操作條件實時優化

在線優化

（RTO））CurrentOperations Optimization 小時

詳細的工程模型，詳細的工程模型，準確預測所有約束 進行各個裝置的單元優化 單元優化，進行各個裝置的單元優化，非全廠規模 基于當前生產 當前生產操作條件與價格進行優化 基于當前生產操作條件與價格進行優化 優化目標值能夠自動執行 優化目標值能夠自動執行

優化目標

過程約束

先進控制應用

Advanced Control Applications 通過裝置測試獲取線性動態模型 通過裝置測試獲取線性動態模型 應用范圍小于RTO（單一指標、控制回路等）應用范圍小于（單一指標、控制回路等）進行動態約束控制 進行動態約束控制 各約束條件預先定義的 預先定義的、各約束條件預先定義的、區分優先級別

先進控制

（APC））

分鐘

APC/RTO 實現過程

RTO 模型 及其在線應用

目標函數、定價、目標函數、定價、邏輯 PA1 進料/產品分析 進料 產品分析

實驗室

OVEREAHD LIGHT ENDS SS1 LVN TO PWF PA2 SS2 HF ATF 計劃調度 人員 PA3 T101 GOA CRUDE PA4 SS3 HF HCN LCCO GOC CRUDE F-101 F-170 Stm SS4 HF HCCO LCCO FO CRUDE BLENDING OVERFLASH CRUDE T-151 HCN T2101 LVGO LCCO F-2 1 0 1 F-2 1 5 0 分析工程師

價格 驅動力 限制約束 CRUDE FCCU 離線學習 ASSAY BLEND F 2 10 1 F 2 15 0 HVGO SLURRY ASPHALT 優化 工程師 APC應用

終端用戶

系統工程師 RTO 系統平臺

先控 工程師 DCS界面 界面 FC 101 操作工程師

過程控制與優化的位置

月/周 周 周/天 天

計劃 調度 實時優化(RTO)小時 分鐘 秒

先進控制（APC））常規控制回路 DCS – 儀表

先進控制技術（APC））

目標： 目標：

處理多變量的約束控制 提供單元的局部約束優化與動態控制

主要特點： 主要特點：

基于裝置測試數據的過程動態模型（非機理、基于經驗）基于裝置測試數據的過程動態模型（非機理、基于經驗）應包括裝置單元的所有主要約束條件 其包含優化是指實現操作目標（推向邊界條件），或包含簡 其包含優化是指實現操作目標（推向邊界條件），或包含簡），單的經濟指標 實現DCS層面上控制回路設定值的自動改變 層面上控制回路設定值的自動改變 實現

技術創新： 技術創新：

多變量測試與辨識技術 應用舉例

PTA溶劑脫水塔的 溶劑脫水塔的APC應用： 應用： 溶劑脫水塔的 應用

溶劑脫水塔先進控制系統

基于關鍵組分的多變量預測控制系統方案設計

擾動（反應器抽出水）擾動（反應器抽出水）或 進料量+回流溫度（PX進料量 回流溫度）進料量 回流溫度）L（回流量設定值）（XD（塔底 2O含量）塔底H 含量 XB（塔頂 塔頂HAC含量）含量 DP（全塔壓差）（全塔壓差）FV1（蒸汽流量閥位）蒸汽流量閥位）FV2（回流量閥位）回流量閥位）

先 進 控 制 器 GC V（蒸汽流量設定值）（T（塔底溫度回路設定值）（目標： 目標： 穩定塔釜組成DI1702（釜水）（釜水）穩定塔釜組成 降低塔頂酸耗和能耗

應用舉例

MV測試（多變量）： 測試（多變量）： 測試

應用舉例

階躍響應模型： 階躍響應模型：

應用舉例

MPC投運后的 曲線： 投運后的CV曲線 投運后的 曲線： APC應用現狀 應用現狀

1、建立了標準化的APC工程實施方案與步驟；、建立了標準化的 工程實施方案與步驟； 工程實施方案與步驟

2、從復雜實際工程應用中尋找問題根源，逐步完善現有、從復雜實際工程應用中尋找問題根源，APC技術（如閉環辨識技術）； 技術（如閉環辨識技術）； 技術

3、對數據分析、過程機理的綜合應用逐步加強、對數據分析、實時數據分析（模式識別方法）實時數據分析（模式識別方法）如，常減壓裝置原料頻繁切換問題； 常減壓裝置原料頻繁切換問題； 與基于嚴格機理的模型相結合 如，關鍵指標預估

在線優化技術（在線優化技術（RTO））

目標： 目標：

自動、自動、實時完成最優目標值 最大化經濟效益（一個或多個裝置）最大化經濟效益（一個或多個裝置）

主要特點： 主要特點：

非線性模型－ 非線性模型－基于工藝機理模型 根據裝置運行數據自動實現模型的在線修正 基于經濟定價的優化 基于裝置運行信息反饋的優化 最優目標的自動、最優目標的自動、閉環實現 針對當前約束條件下效益最高的裝置單元 RTO 優化目標

RTO的目標：在保證產品要求和過程變量滿足最小/最大約束 的目標：在保證產品要求和過程變量滿足最小 最大約束 的目標 的前提下最大化當前的操作利潤 最大化利潤 = ∑產品價值∑公用工程費用

煉油為例）產品要求（煉油為例）

塔頂輕組分質量指標 側線采出組分質量指標 塔底重組分質量指標

最小/最大約束條件 最小 最大約束條件 先進控制器（MPC）先進控制器（MPC）的主要約束條件 RTO 如何提升操作性能－精餾塔控制示例

冷凝器約束

再沸器約束 塔壓設計約束

進料

溢流液泛線

漏液線 塔壓

實時優化過程

穩態模型實現在線運行，穩態模型實現在線運行，從總體效益上進行優化 利用 APC技術實現目標 技術實現目標 當過程處于穩態時RTO運行 運行 當過程處于穩態時 當過程處于穩態時，一般每4小時運行一次 當過程處于穩態時，一般每4小時運行一次 正常情況下，每天運行 ～ 次 正常情況下，每天運行3～5次 穩態檢測時，一般要檢查至少 個以上變量情況 穩態檢測時，一般要檢查至少30個以上變量情況 盡可能地實現最大化利潤 基于經濟信息 利用RTO 改進操作實現最大化利潤 利用

實時優化過程

等待裝置調整平穩 穩態檢測

優化值下裝到DCS 控制器設定值改變 RTO 循環

從DCS中獲取數據

計算最優化操作條件

數據有效性驗證

約束、控制器狀態、約束、控制器狀態、價格因素等

模型計算/參數調整(基本工況)RTO每個班次將自動實現 ～4次循環計算 每個班次將自動實現3～ 次循環計算 每個班次將自動實現

APC 與 RTO 技術比較 APC應用 應用

過程中包含多個控制器 ? 動態經驗模型(假定過程響應是線 假定過程響應是線 性的)性的 ? 更新偏差 預測誤差 更新偏差/預測誤差 ? 進料信息特性描述簡單 ? 簡單線性規劃優化 ? 線性規劃只是幾個操作變量的代 價函數 RTO 應用

包含全部過程 ? 嚴格的、基于工藝機理的、穩態、嚴格的、基于工藝機理的、穩態、非線性模型 ? 更新工程參數 ? 詳盡的進料信息，如組分、比例 詳盡的進料信息，如組分、? 非線性優化 ? 詳細的經濟參數，有關原料供應、詳細的經濟參數，有關原料供應、產品、產品、公用工程的價格等

RTO 系統對 系統對APC的要求 的要求

APC能夠保證系統達到穩態 能夠保證系統達到穩態 實現過程中，的約束。在RTO實現過程中，優先考慮控制器中 實現過程中 優先考慮控制器中MV和CV的約束。和 的約束 因此，因此，應確保不能有不合理的箝位限制 APC 能夠平穩實現RTO的優化目標并保持這一目標，同時 能夠平穩實現RTO的優化目標并保持這一目標 的優化目標并保持這一目標，滿足所有 MV/CV的約束 的約束

值得注意的是: 必要情況下，犧牲經濟指標滿足控制需求，值得注意的是 必要情況下，犧牲經濟指標滿足控制需求，控制穩定性更為重要。控制穩定性更為重要。

三、工程應用中過程 控制的新方向 過程監控 自適應控制器

過程監控

過程監控問題： 過程監控問題：

過程參數的變化：催化劑中毒、過程參數的變化：催化劑中毒、熱交換器結垢等 干擾參數的變化：進料流股中的濃度變化、干擾參數的變化：進料流股中的濃度變化、環境溫度變化等 執行器問題：卡住、空氣泄露、執行器問題：卡住、空氣泄露、氣源故障等 傳感器問題：堵塞、結垢、標定誤差等造成儀表損壞或偏差 傳感器問題：堵塞、結垢、控制器問題： 控制器問題：控制性能等

工業生產過程應用現狀： 工業生產過程應用現狀：

限幅傳感：超過定義閾值即報警，最為普遍、限幅傳感：超過定義閾值即報警，最為普遍、常用 偏差監測：仿真結果與實際觀測值比較，偏差監測：仿真結果與實際觀測值比較，依賴于模型準確性

目前基于儀表檢測信息的單變量監控應用普遍

滿足工業裝置運行需求

工業過程故障分析

產品不合格,不安全的操作條件 設備損壞等 產品不合格 不安全的操作條件,設備損壞等 不安全的操作條件 不能及時檢測和確認故障源將導致損失巨大經濟損失，不能及時檢測和確認故障源將導致損失巨大經濟損失，僅美 國石化行業，國石化行業，每年估計因缺乏對異常事件的有效監控而損失 200億美元 億美元

事實上

石化行業的自動化程度很高 從信息系統中獲取的數據量是非常驚人的因此

可利用豐富的數據信息進行過程監測，可利用豐富的數據信息進行過程監測，有效實現控制與優化 事實上，現代計算機技術可以分析處理這些數據，事實上，現代計算機技術可以分析處理這些數據，而這在以 前是不可能的

尋找有效的實時故障檢測和識別方法是 目前工業應用中主要發展目標之一。目前工業應用中主要發展目標之一。

過程監控的傳統方法

單變量統計監控

經典方法：基于施瓦特圖（經典方法：基于施瓦特圖（Shewhart）的應用）

給定一定的閾值，給定一定的閾值，可以在訓 練集中數據的統計特性基礎 上，應用統計假設理論來預 測系統變化是否失控。測系統變化是否失控。

故障識別

給定一個觀測變量X，每個變量的標準誤差： 給定一個觀測變量，每個變量的標準誤差：

e j =(x j ? μ j)/ s j μ j 是均值，s j 是第 個變量的標準差 是均值，是第j個變量的標準差

將標準差繪制在同一表中，將標準差繪制在同一表中，并且用基于顯著性水平的閾值 檢測失控變量。檢測失控變量。

目前過程監控的主要方法

基于多變量統計技術的監控方法： 基于多變量統計技術的監控方法：

數據驅動方法

主元分析法（主元分析法（PCA））費舍爾判別分析法（基于模式分類學的故障診斷）基于模式分類學的故障診斷）部分最小二乘法 類似于PCA的子空間辨識方法）的子空間辨識方法）規范變量分析法（類似于 的子空間辨識方法

特點： 特點：高維數據變換為 低維，低維，通過單圖顯示 數據可視化），），有助（數據可視化），有助 于為操作員解釋過程數 據的顯著變化趨勢。據的顯著變化趨勢。

解析法

基于參數估計、基于參數估計、基于觀測器設計和等價關系

特點：應用在輸入、特點：應用在輸入、輸出和狀態數目相對 較小的系統

基于知識的方法

采用定性模型——基于因果分析、專家系統和模式識別 基于因果分析、采用定性模型 基于因果分析

克服單變量統計技術忽略的過程變量空間相關以及序列相關性的影響

過程監控的金字塔結構

廣義 PCA 模型

特 定 事 件 的 PCA監控模型 監控模型 基于簡單模型的監測，基于簡單模型的監測，PID 監控器，閥流量模型 監控器，異常事件檢測（異常事件檢測（AED））(復雜工況檢測 復雜工況檢測)復雜工況檢測

實時指導系統

多變量)智能報警(多變量 多變量

(診斷 & 建議 診斷 建議)報警信息管理（ACM/AEA））DCS 報警系統

過程監控系統的目標(I)報警與事件管理（報警與事件管理（Alarm and Event Management））通過開發相關工具和程序有效提升報警系統性能;通過開發相關工具和程序有效提升報警系統性能

適當合理化和過濾報警信號 通過相關操作適時激活報警系統

確保報警信息 明確、明確、有效

為控制臺和現場操作工提供報警和事件信息的整合 異常事件檢測（異常事件檢測（Abnormal Event Detection））檢測操作條件 的偏離，的偏離，使操 開發針對煉油和石化過程關鍵單元操作的AED技術 開發針對煉油和石化過程關鍵單元操作的 技術 作員在報警前 儀表動作失效； 儀表動作失效；操作區域出現問題等 處理。處理。開發AED的有效工具，如PCA方法等 的有效工具，開發 的有效工具 方法等 為控制臺操作人員提供實時的基于知識的工況檢測和診斷指導信息 搭建操作員實時指導系統的結構框架

操作員實時指導系統（操作員實時指導系統（Real Time Advisories））

過程監控系統的目標(II)操作約束管理（操作約束管理（Operations Constraint Management）

幫助明確當前與操作（包括 幫助明確當前與操作（包括APC、RTO）相關的約束條件、）幫助理解當前各主要約束條件 幫助推向卡邊操作以獲取利潤最大化 正確地預測(評估 正確地預測 評估)當前工況和下一可能約束之間的距離 評估

程序化操作（程序化操作（Procedural Operations））

檢測、分析、指導、恢復等）發展在線程序以實現過程的無縫操作（檢測、分析、指導、恢復等）

發展和實施過程管理系統集成解決方案，不論程序是否自動執行，發展和實施過程管理系統集成解決方案，不論程序是否自動執行，確保實現當前僅一個程序管理系統在運行

異常事件的檢測過程

當前的觀測值 正常過程行為描述 比較

統計模型、如：統計模型、工程關 系、啟發式知識等

差異性解釋

警告： 如果與正常預期變化不符 警告： 顯示：解釋差異在哪里 顯示： 目標: 為操作員提供 早期預警 優點: 減少低負荷和停車工況

模糊布爾邏輯

異常事件的檢測特征

AED 將在報警系 統前做出響應 DCS 報警系統

報警區域

AED 將讓操作人員有 更多時間進行操作 操作員動作 對報警進行響應 采取預防措施

非正常工況檢測區域

過程監控 正常操作

過程監控系統舉例

95% 正常操作都在橢圓里 外部離群值警告將會有問 題出現 很容易識別有問題的變量 通過故障樹分析，通過故障樹分析，可以識 別問題起源 已驗證此項技術的可靠性

過程監控發展的建模技術

預期的改進操作

控制器逐漸把離群值拉回到邊界 控制器逐漸把離群值拉回到邊界25%的范圍內 的范圍內

過程監控系統設計的主要特征

基于多變量控制技術，基于多變量控制技術，并確?？刂破餍阅?采用基于線性規劃的多變量控制技術 有DMC控制器的所有特性 控制器的所有特性 非正常工況的檢測和處理確保多變量控制器性能 控制器會逐步實現產量最大化 監控系統確保安全性 當過程將出現問題時，當過程將出現問題時，會提醒操作人員 當有突發的嚴重的擾動時，當有突發的嚴重的擾動時，會切換到安全模式 控制器性能實現自動監控

自適應先進控制策略

控制系統的重要性

控制系統是裝置運行的基礎: 控制系統是裝置運行的基礎

財務 收入減少，收入減少，支出增加 質量，產量，質量，產量，原料 及公用工程消耗 產量、轉化率、產量、轉化率、分離效果等 設備性能變差

裝置

過程單元 生產設備

反應器,壓縮機, 反應器,壓縮機,熱交換器等

過程控制系統

傳感器,常規控制,先進控制,分析儀表，閥,傳感器,常規控制,先進控制,分析儀表，軟測量

控制器性能差

控制器性能差

生產裝置的操作性能變差 生產裝置的操作性能變差

財務狀況下降

自適應控制系統基礎 － 實現控制器性能監測

控制器性能優劣直接影響裝置生產操作，因此，控制器性能優劣直接影響裝置生產操作，因此，開發控制器性 能監控技術有利于： 能監控技術有利于： 標準控制特性與裝置效益的關聯； 標準控制特性與裝置效益的關聯； 改進控制器性能； 改進控制器性能； 減少70%MPC的開發周期； 的開發周期； 減少 的開發周期 建立基于條件變化（建立基于條件變化（Condition-Based）的連續改進模型）

結果: 結果

更好的控制性能使工廠可以增加 的利潤 更好的控制性能使工廠可以增加5%的利潤 ? 基于條件的控制可以減少 基于條件的控制可以減少30%的維護費用 的維護費用

何為先進控制與優化系統的堅實基礎？ 何為先進控制與優化系統的堅實基礎？

在線優化/調度 在線優化 調度

在線優化/計劃的實施基礎： 在線優化 計劃的實施基礎： 計劃的實施基礎

先進控制? 先進控制 DMC 準確的模型 有效調節、有效調節、控制 較寬的操作范圍 APC的實施基礎： 的實施基礎： 的實施基礎

基礎控制系統/儀表 分析儀 基礎控制系統 儀表/分析儀 儀表

提供可靠的關鍵儀表與分析儀器 基礎控制回路性能良好

目前問題 — 如何實現自適應控制

存在問題（存在問題（MPC）:）

模型測試與辨識成本高； 模型測試與辨識成本高； 模型辨識、預測控制技術缺乏整體性； 模型辨識、預測控制技術缺乏整體性； 控制算法適用對象面窄； 控制算法適用對象面窄； 持續投運率低 不易維護 實施周期長成本高

先進控制? 先進控制 DMC 先進控制層 先進控制器性能監測 控制器模型的自動更新 約束條件的自動分析 基礎控制回路層

基礎控制系統/儀表 分析儀 基礎控制系統 儀表/分析儀 儀表

基礎控制回路的性能監測 確認問題后的工作流程

自適應控制的目標

建立、發展一套工程應用工具與實施流程，建立、發展一套工程應用工具與實施流程，使得在低成本條 件下實現/維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中。件下實現 維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中。維護先進控制系統運行在峰值性能范圍中

實現控制系統的自動、實現控制系統的自動、自適應維護是關鍵

利用、發展有效工具和方法，如： DMC Solution Analysis Tool 利用、發展有效工具和方法，采用和改進經濟性度量標準，采用和改進經濟性度量標準，保持控制器性能

先進控制器性能評價標準（除投運率外）先進控制器性能評價標準（除投運率外）

關聯控制器性能評價與經濟效益的關系

明確基礎控制回路與控制系統整體結構的關系

確定機會損失

控制器性能

引起控制器性能衰減的因素 原 因

基于計劃調度或RTO的經濟目標的改變 的經濟目標的改變 基于計劃調度或 操作條件或者過程變化 基礎控制回路與儀表出現問題

影 響

控制器將操作條件推向錯誤的目標值 模型失配、控制器失效 模型失配、控制器失效, 調節范圍受限 無法克服擾動并維持控制目標

投運率本身也無法充分度量控制器性能和機會損失 2 3 效 益 機會損失

良好維護 在線監控

維護較差 無監控

控制器性能改善的要求

先進控制器性能的改善

適用范圍、準確性等）高質量的控制器模型（適用范圍、準確性等）

控制器模型隨過程與操作條件而變化

基礎回路控制器性能改善

更為頻繁地監控基礎控制回路層的性能 及時解決基礎回路、及時解決基礎回路、儀表和分析儀器的問題

其它有效方法－利用現有技術實現主要的、附加功能 其它有效方法－利用現有技術實現主要的、過程監控 事件檢測與分析 事件的報告與解決方法

先控模型的自動更新

分為四個步驟： 分為四個步驟：

目前現狀： 目前現狀：

僅在出現問題時檢查控制器 主要采用投運率ON / OFF作為監 主要采用投運率 作為監 測手段 XOM MV metric being rolled out – no baseline 提交工程師進行問題診斷

目前現狀： 目前現狀：

已經具有多種自動測試軟件(Taiji, Smartstep)各自獨立，各自獨立，與辨識或控制過程不連接 要求專業人員使用 辨識過程沒有自動實現，辨識過程沒有自動實現，依靠手動專家經驗

自動測試

目標： 目標： 自動辨識

自動測試軟件與自動辨識軟件相連 辨識結果修正、辨識結果修正、或者加強測試 對于非專業人員也能夠簡單操作，對于非專業人員也能夠簡單操作，仍需要過程知識

控制器性能監控

目標： 目標：

實現控制器性能的連續監控 在線性能監測指標 實時溯源問題診斷 確認先控系統調整帶來性能改進(與模型 與模型 質量問題相區分）質量問題相區分）

目前現狀： 目前現狀： 矩陣訓練工具（病態矩陣良化）病態矩陣良化）目標： 目標：

面向非專業人員使用－ 面向非專業人員使用－但仍需要過程知識 快速、快速、有效實現 一旦結構形式確認，一旦結構形式確認，可反復用于模型更新 非常復雜的過程，非常復雜的過程，需要專業人員 計算過程耗時長 每個控制器更新過程都需要

基礎控制系統

對底層基礎控制回路的性能進行監測 檢測異 常信息 Detect 診斷/修復 診斷 修復 Diagnose / Quantify 基礎控制系 統監測 Base Monitoring 檢測基礎回路控制層問題，檢測基礎回路控制層問題，確認執行器故 障對生產單元性能的影響 儀表與分析儀出現故障 控制閥滯澀 PID回路的參數整定問題 回路的參數整定問題 計算由于執行機構故障造成效益的機會損 失成本 導致先進控制系統回路中的變量無效 限制先進控制器操作范圍 無法實現產量最大化 放棄其它附加的產品質量控制 為生產運營商（企業）為生產運營商（企業）處理異常信息提供 工作方案 為企業提供處理過程的優先級信息 對上述事件的處理進行跟蹤

報告 Report 確定處理過程方案

企業運營部門

修復

集成的工作過程與工具

異常信息檢測

自動測試

診斷/修復 診斷 修復

基礎回 路控制

報告

控制器性 能監測 MPC/NLC 先進控制

自動辨識

形成工作流程

矩陣訓練工具

企業運營部門

自適應控制 – 關鍵技術與軟件

基礎控制回路性能監測 代表軟件： 代表軟件：Matrikon ProcessDoctor PID 先進控制器性能監測 代表軟件： 代表軟件：AspenWatch 測試/辨識 建立、強化模型功能）測試 辨識（建立、強化模型功能）代表軟件： 代表軟件：Tai-Ji ID & SmartStep & Subspace ID 增強模型魯棒性)矩陣條件數改進(增強模型魯棒性 增強模型魯棒性

代表軟件： 代表軟件： SmartAudit(AspenTech)收益分析

提高生產過程的操作性能： 提高生產過程的操作性能：

減少 減少30%的產品質量波動 的產品質量波動 ? 減少 ～10%的能耗 減少5～ 的能耗 ? 增加產量 ～5% 增加產量2～ ? 通過控制器監控的統一解決方案，減少總費用 通過控制器監控的統一解決方案，節省維護費用

基于條件的維護策略可以節約最多 基于條件的維護策略可以節約最多30%的維護費用 的維護費用 ? 可以節約 可以節約70%的MPC開發和重復測試的費用 的 開發和重復測試的費用

四、過程控制與優化的案例分析

典型案例

1、芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化、2、PTA加氫反應過程的優化、加氫反應過程的優化

3、聚酯裝置反應過程的優化、4、乙烯裝置中裂解爐的節能控制與優化、芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

研究對象： 研究對象： 芳烴裝置對二甲苯分餾單元兩條生產線： 芳烴裝置對二甲苯分餾單元兩條生產線： 800#（老裝置）、（老裝置）、8500#（新建裝置））、（新建裝置）

存在問題： 存在問題：

確保新老二甲苯 分餾裝置所處理 的C8A資源負荷 資源負荷 分配在相對優化 的運行狀態

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

二甲苯精餾裝置機理建模

B1，B2分別為裝置的輸入分配比，分別為裝置的輸入分配比 DA801、DA804、DA8501分別為二甲苯的三個分離裝置、、分別為二甲苯的三個分離裝置

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

二甲苯精餾裝置機理模型的校正: 二甲苯精餾裝置機理模型的校正

ASPEN流程模擬軟件對精餾與分離過程均采用平衡全 流程模擬軟件對精餾與分離過程均采用平衡全 混池假設，混池假設，計算數據與工業實際值之間必然存在一些 偏差。偏差。

1、根據裝置的結構數據、操作數據、各塔組分分析化驗、根據裝置的結構數據、操作數據、數據及能耗數據，采用數據調和技術 數據調和技術對數據進行有效 數據及能耗數據，采用數據調和技術對數據進行有效 性一致性分析，供建模分析。性一致性分析，供建模分析。模型參數調試、2、選擇典型工況數據，進行模型參數調試、校正，使三、選擇典型工況數據，進行模型參數調試 校正，塔塔板溫度分布、組分大小與分配比例與實際相符。塔塔板溫度分布、組分大小與分配比例與實際相符。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

靈敏度分析： 靈敏度分析： 1）改變輸入分配比對裝置能耗的影響）

可以看出，隨著輸入分配比 由小增大, 可以看出，隨著輸入分配比B1,B2由小增大 三塔的 由小增大 冷負荷也隨之增大，基本呈線性。冷負荷也隨之增大，基本呈線性。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

2）改變輸入分配比對裝置）改變輸入分配比對裝置OX產出的影響 產出的影響

為了能保證OX盡量多產出的情況下，降低裝置的能耗，盡量多產出的情況下，降低裝置的能耗，為了能保證 盡量多產出的情況下 需要研究輸入分配比與裝置OX產出的影響。產出的影響。需要研究輸入分配比與裝置 產出的影響 OX 產 出 KG /HR OX 產 出 KG /HR 可以看出，隨著、的變化 的變化，產出接近二次曲線 產出接近二次曲線，可以看出，隨著B1、B2的變化，OX產出接近二次曲線，B1=0.44，B2=0.65處各有一峰值。處各有一峰值。處各有一峰值

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

3）改變回流比對塔釜OX產出與冷負荷的影響）改變回流比對塔釜 產出與冷負荷的影響

回流比對操作工況的影響很大，塔為例，回流比對操作工況的影響很大，以DA804塔為例，改變回流 塔為例 對二甲苯裝置的塔釜OX產出與冷負荷的影響，如圖： 產出與冷負荷的影響，比，對二甲苯裝置的塔釜 產出與冷負荷的影響 如圖：

冷 負 荷 M M K C A L/ H R OX 產 出 KG /HR 從上圖可看出，回流比增大，從上圖可看出，回流比增大，塔釜采出與冷負荷也隨之 增大，須折中考慮。增大，須折中考慮。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

4）改變進料塔板位置對冷負荷影響）

可調整的進料口位置： 可調整的進料口位置： DA801：FC8001－25塊塔板、35塊塔板，FC3034－50塊塔板、60塊塔板； ： 塊塔板、塊塔板 塊塔板，塊塔板、塊塔板 塊塔板； － 塊塔板 － 塊塔板 DA8501：FC7518－28塊塔板、48塊塔板，FC8504－96塊塔板、144塊塔板 ： 塊塔板、塊塔板 塊塔板，塊塔板、塊塔板 － 塊塔板 － 塊塔板

冷 負 荷 M M KC AL /H R 冷 負 荷 M M KC AL /H R 進料位置改變前

進料位置改變后

根據上述調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，根據上述調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，冷 負荷略有上升。負荷略有上升。

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

5）改變進料塔板位置對OX產出影響）改變進料塔板位置對 產出影響

改變進料位置對OX產出的影響 產出的影響 改變進料位置對 O X 產 出 K G / H R O X 產 出 K G / H R 進料位置改變前

進料位置改變后

按以上調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，按以上調整進料塔板位置，在同樣的輸入配比和回流比下，OX產出下降。產出下降。產出下降

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化工藝操作條件優化： 工藝操作條件優化：

優化目標：三個塔塔釜OX產出最大化 & 三個塔總能耗最小 優化目標：三個塔塔釜 產出最大化 優化手段：三塔回流比、優化手段：三塔回流比、三塔的進料流量 約束條件：主要是三塔冷、熱負荷，約束條件：主要是三塔冷、熱負荷，同時確保： 同時確保：（1）各單元操作條件滿足工藝許可的設定范圍內；）各單元操作條件滿足工藝許可的設定范圍內；（2）各單元被控參數在工藝要求變化范圍內；）各單元被控參數在工藝要求變化范圍內；

芳烴裝置二甲苯分餾過程的優化

將運用所建立的模型，將運用所建立的模型，根據上述的數據采集與處理方 采集現場數據，法，從DCS采集現場數據，以處理后的現場數據作為 采集現場數據 模型的輸入，通過先進的優化算法，模型的輸入，通過先進的優化算法，進行操作條件優 化的實時計算。化的實時計算。

對不同組成的進料進行流向分配，對不同組成的進料進行流向分配，通過輸入各股進料 組成和流量，自動計算出最優的進料分配比例，組成和流量，自動計算出最優的進料分配比例，用于 指導操作人員的實際操作，指導操作人員的實際操作，進而在保證產品產量與質 量下，達到降低能耗的目的。量下，達到降低能耗的目的。PTA加氫反應過程優化 加氫反應過程優化 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

經換熱網絡預熱至 281.5℃左右 形成 ℃左右,形成 26.5%wt左右的水溶液 左右的水溶液

固定床式反應器,內含 固定床式反應器 內含Pd/C催 內含 催 化劑床層,反應溫度 反應溫度281.5℃左 化劑床層 反應溫度 ℃ 右,壓力 壓力7.2MPa左右 左右 壓力

飽和蒸汽 TA進料 TA進料 H2 在高溫高壓下完全溶解于水，在反應器中流過Pd/C催化劑 將CTA在高溫高壓下完全溶解于水，與H2在反應器中流過 在高溫高壓下完全溶解于水 在反應器中流過 催化劑 床層,進行動態連續催化加氫還原 進行動態連續催化加氫還原,將 還原成為易溶于水的PT酸 床層 進行動態連續催化加氫還原 將4-CBA還原成為易溶于水的 酸, 還原成為易溶于水的 而有色雜質也同時分解,經過結晶過濾和干燥 得到纖維級PTA產品 其 經過結晶過濾和干燥,得到纖維級 產品,其 而有色雜質也同時分解 經過結晶過濾和干燥 得到纖維級 產品 含量可以≤15ppmw 中4-CBA含量可以 含量可以

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

PTA加氫反應過程優化目標之一：節能 加氫反應過程優化目標之一： 加氫反應過程優化目標之一

主要節能對象為界外飽和蒸汽（加氫換熱網絡用）主要節能對象為界外飽和蒸汽（加氫換熱網絡用）

PTA加氫反應過程優化目標之二：節水 加氫反應過程優化目標之二： 加氫反應過程優化目標之二

減少溶解CTA用打漿水 用打漿水 減少溶解

PTA加氫反應過程優化目標之三：減排 加氫反應過程優化目標之三： 加氫反應過程優化目標之三

節約打漿水的同時，節約打漿水的同時，會減少污水排放

PTA加氫反應過程優化目標之四：增產 加氫反應過程優化目標之四： 加氫反應過程優化目標之四

提高反應器產能

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

解決方法： 解決方法：基于機理

節 能

節 水

建模的操作條件優化

最有效、最易可行 最有效、的手段 — 提濃 操作條件優化： 操作條件優化： 溫度、溫度、H2流量等 減 排 增 產

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術 一 反應過程動力學模型

實驗室研究并驗證反應動力學網絡并得到實驗室動力學模型： 實驗室研究并驗證反應動力學網絡并得到實驗室動力學模型： 串級加氫主反應和脫羰副反應并存 CHO COOH Rh/C + CO COOH 二 反應器模型

根據工業反應器特性，通過合理假設選定合適的反應器模型： 根據工業反應器特性，通過合理假設選定合適的反應器模型：平推流模型 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化 PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： PTA加氫反應過程流程模擬的關鍵技術： 加氫反應過程流程模擬的關鍵技術 三 流程模擬的建立

利用流程模擬軟件，根據反應動力學模型和反應器模型，利用流程模擬軟件，根據反應動力學模型和反應器模型，選擇 合適的物性方程等，建立PTA PTA加氫反應過程的流程模擬 合適的物性方程等，建立PTA加氫反應過程的流程模擬 四 工業加氫反應過程模型的校正

根據實際工業數據，利用數據校正技術，對模型進行修正，根據實際工業數據，利用數據校正技術，對模型進行修正，主 要校正實驗室反應動力學模型的參數 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

約束條件

接口程序

實際工況

優化算法

粒子群優化算法 等進化算法

流程模擬

反應機理

優化目標

優化結果

現場實施

評 價

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

揚子PTA裝置加氫反應過程優化： 裝置加氫反應過程優化： 揚子 裝置加氫反應過程優化

第一階段： 第一階段： 配料濃度穩定在27%wt左右，生產控制上以在線濃度顯示 左右，配料濃度穩定在 左右 值為主,調整下料轉速使顯示值控制在 左右(在線儀和 值為主 調整下料轉速使顯示值控制在24.3%左右 在線儀和 調整下料轉速使顯示值控制在 左右 人工分析值之間有2.7的偏差。人工分析值之間有 的偏差)。的偏差 第二階段： 第二階段： 配料濃度穩定在27.5%wt左右，生產控制上以在線濃度顯 左右，配料濃度穩定在 左右 示值為主調整下料轉速使顯示值控制在24.8%左右。左右。示值為主調整下料轉速使顯示值控制在 左右 第三階段： 第三階段： 配料濃度穩定在28%wt左右，生產控制上以在線濃度顯示 左右，配料濃度穩定在 左右 值為主調整下料轉速使顯示值控制在25.3%左右。左右。值為主調整下料轉速使顯示值控制在 左右

PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

在線濃度分析 儀顯示值

一階段

14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 4-CBA含 ppmw 量 PTA中4-CBA含量 4-CBA人工分 人工分

三階段

二階段

析值≤14ppmw 析值

系列1 5 7 天 9 11 13 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

實施效果： 實施效果：

一、節水 在調優第一階段，打漿水平均為 在調優第一階段，打漿水平均為118.05t/h，調優第二階段，打漿，調優第二階段，水平均為117.19t/h，調優第三階段，打漿水平均為 水平均為，調優第三階段，打漿水平均為116.05t/h。進。料濃度從27%提高到 提高到28%時，單線每小時平均可以節約打漿水 節約打漿水2 料濃度從 提高到 時 單線每小時平均可以節約打漿水 噸左右。噸左右。每噸打漿水價格為6元 則節水經濟效益為： 萬元 每噸打漿水價格為 元，則節水經濟效益為：9.6萬元

二、減排

節約打漿水的同時，就會減少污水的排放。根據物料衡算，節約打漿水的同時，就會減少污水的排放。根據物料衡算，每節 噸打漿水，噸污水的排放。約1噸打漿水，大約可以減少 噸打漿水 大約可以減少0.73噸污水的排放。進料濃度從 噸污水的排放 進料濃度從27% 提高到28%時，單線每小時可以減少污水排放 減少污水排放1.46噸左右。噸左右。提高到 時 單線每小時可以減少污水排放 噸左右 每噸污水處理費用為22.5元，則減排經濟效益為 26.28萬元 元 每噸污水處理費用為 萬元 PTA加氫反應過程的優化 加氫反應過程的優化

實施效果： 實施效果：

三、節能

PTA精制單元的節能，主要針對供給換熱網絡的9.0MPa蒸汽。由 精制單元的節能，主要針對供給換熱網絡的 蒸汽。精制單元的節能 蒸汽 于在調優過程中，進料負荷基本維持不變，因此9.0MPa蒸汽日均 于在調優過程中，進料負荷基本維持不變，因此 蒸汽日均 消耗維持。當進料濃度從27%提高到 提高到28%時，每噸 消耗維持。當進料濃度從 提高到 時 每噸PTA可節約 可節約 0.023噸左右的 噸左右的9.0MPa蒸汽。蒸汽。噸左右的 蒸汽 每噸9.0MPa蒸汽折合成 每噸 蒸汽折合成92kg標油，每kg標油為 元，則節能經濟效 標油，標油為3元 蒸汽折合成 標油 標油為 益為：235.2 萬元 益為：

四、增產

PTA精制單元提濃最大的益處就是增產。當進料濃度從27%提高 精制單元提濃最大的益處就是增產。當進料濃度從 精制單元提濃最大的益處就是增產 提高 萬噸。到28%時，可以增產大約 時 可以增產大約3.7%的PTA，增產 的，增產1.332萬噸。萬噸 每噸PTA純利潤為 元，則增產的經濟效益為 1198.8 萬元 純利潤為900元 每噸 純利潤為

聚酯裝置反應過程優化

聚酯過程生產工藝

聚酯過程生產工藝主要分為三個階段進行： 聚酯過程生產工藝主要分為三個階段進行：

酯化：原料 按一定的摩爾配比加入打漿罐，酯化：原料PTA與EG按一定的摩爾配比加入打漿罐，在攪 與 按一定的摩爾配比加入打漿罐 拌下進行打漿均勻混合。拌下進行打漿均勻混合。漿料以齒輪泵定量連續送入酯化 釜，進行酯化反應。酯化過程生成的水隨EG蒸出。蒸出。進行酯化反應。酯化過程生成的水隨 蒸出 預縮聚：酯化產物用泵經過濾器送至預縮聚釜進行縮聚。預縮聚：酯化產物用泵經過濾器送至預縮聚釜進行縮聚。終縮聚：預縮聚產物以齒輪泵送至縮聚釜，在高溫、終縮聚：預縮聚產物以齒輪泵送至縮聚釜，在高溫、高真 空和攪拌下進行終縮聚，以達到反應終點?？蘸蛿嚢柘逻M行終縮聚，以達到反應終點。

聚酯新老裝置能耗對比

新老裝置能耗對比 140 135 能耗，kg 標油 / T 聚酯 能耗，kg標油 標油/ 120 100 80 60 40 20 0 老聚酯 新裝置 89.48 引進的聚酯生產老裝置能耗是國產新裝置的 1.5倍 原有裝置存在較大節能空間。1.5倍，原有裝置存在較大節能空間。1

第二篇：最新最準石油化工過程安全控制未來發展趨勢

石油化工過程安全控制未來發展趨勢

3月22日，亞洲最大的石油展——第十屆中國國際石油石化技術裝備展覽會在中國國際展覽中心（新館）開幕，同期由《電氣時代》雜志社主辦，而由中國機械工業聯合會、中國石油化工自動化應用協會、中國儀器儀表學會擔任指導的《石油化工領域過程安全控制論壇》也在中國國際展覽中心

本次論壇在經過整整一天的精彩、熱烈。論壇上共有8個大會發言，來自國內外的幾位專家就“石油化工領域過程安全控制”的問題發表了自己的看法，并介紹了體現各自過程安全控制技術發展的新思維、新趨勢！

電氣時代雜志社副社長陳大立先生，在嘉賓致辭中，對于本次論壇的主題、內容、與目的進行了介紹。使與會人員對本次論壇有了全面的了解。中國石油和化工自動化應用協會秘書長陳明海先生也講了話，他特別強調了企業安全的問題，希望自動化、儀器儀表行業，應當具有更高層次的安全理念，最后他還表示了對于論壇的祝賀。

北京化工大學博導，中國石油化工股份有限公司(青島)安全工程研究所化學品安全控制國家重點實驗室首席專家吳重光教授則以“石油化工系統安全控制進展”為題圖文并茂地向大家介紹了石油化工系統安全控制系統與技術的新進展與系統安全管理的新概念。并進一步介紹了HAZOP國際標準及應用、采用TRIZ理論的應用等內容。使大家對于石油化工系統安全控制領域的發展有了一個比較全面的了解。

ABB（中國）有限公司客戶事業部副總裁的陳夕先生，就“石油化工電氣自動化系統集成”問題介紹了ABB公司的節能增效的先進理念與成功案例（如、；系統集成驅動力-隱性技術等）。還介紹了ABB在中國可持續發展的歷程。ABB公司是獲得了TUV認證的企業。足以證明ABB功能安全管理系統符合國際標準，其產品、工程、項目組及安裝皆采用最佳實踐方法。

羅克韋爾自動化ICS Triplex中國區銷售經理劉軍先生，就“從安全控制到關鍵控制”問題報告了企業的理念與工作（如：北海石油項目應用的Trusted系統）。就過程安全與機器安全的問題介紹了對于“安全可靠性”的理解-對于過程控制如何提高其安全水平。介紹了“關鍵控制”的要點，強調“關鍵控制系統”是擴大了的“安全控制”，其涵蓋了“過程安全”與“基礎安全”。

中國石化工程建設公司副總工程師黃步余則就“過程安全儀表系統設計”的問題介紹了石化工程建設中的過程安全儀表系統的設計問題。特別介紹了石油化工企業的生命周期（IEC61508/IEC61511）問題，強調應用生命周期的觀念來設計石油化工系統。貫穿于安全

儀器儀表和控制系統的全過程。“健康、安全、環保”是我們從事安全工作的理念，“要考慮可靠性、可用性、可維護性”，不僅僅是儀器儀表，還有網絡安全的問題。要“以人為本”，人是第一位的！同時，安全問題還要強調“團隊精神”！

霍尼韋爾過程控制部經理李宇霖先生介紹了“過程安全控制”的問題。提出應當注意“過程安全控制”有一個成本問題?；裟犴f爾給用戶提供了一個廣泛的安全系統。安全保護的層次、火氣安全系統的應用等。中國的石油化工企業應當把火氣安全系統納入安全系統的范疇。

西門子過程自動化控制部經理姜榮懷先生，則就“過程自動化中的安全集成”的問題進行了介紹，其中，特別就西門子過程自動化控制部專家關于“安全集成”的理念與“安全集成”的產品的特點，談到過程自動化中的安全集成問題。從工藝出發，采用安全儀表系統，按照嚴格的等級區分。

通過上述演講嘉賓的介紹，中國自動化學會專家咨詢工作委員會主任委員孫柏林在總結時表示，未來，石油化工過程安全控制的發展趨勢是：

一是以保障安全為目的，在石油化工生產過程自動化控制方面加入和強化安全方面的模塊，對生產過程中的數據，進行實時的安全監控、預警和分析，以便及時發現和處理問題。即在現有的DCS上做二次開發，使標準化的DCS更加符合目前的生產實際。

二是信息管理方面，強化實時數據的分類采集，把生產控制信息與管理信息進行有效的整合，建立信息化一體架構，解決企業的“信息化孤島”問題。其中包括包括ERP、MES、OA、硬件、網絡、安全等等。還應該建立安全專項網絡數據庫，利用網絡平臺把監控攝像頭安裝到需要監控的各個地方，對攝像畫面進行智能化圖像處理，發現不安全的跡象及時報警和處理。并在此基礎上建立石化企業集中的數據采集與監視控制系統SCADA。

三是完善石油化工企業安全管理。如果放松安全管理，導致事故發生，往往會造成人員的重大傷亡或環境的嚴重污染。完善石油化工企業安全管理對于企業具有十分重要的意義。上述專家學者們的發言，“各具特色，精彩紛呈”！已達到了設立本次論壇的目的。論壇上專家的報告圍繞著“石油化工領域過程安全控制”的主題，提出一些新概念、新思想，第十屆中國國際石油石化技術裝備展覽會與論壇同期舉行。展覽品則呈現出一些新特點、新功能，通過本屆主辦單位舉辦的豐富多彩的各種活動，大家老朋友之間增進了新友誼、并又結識了許多新朋友、學習到許多新的知識。

作為企業，為了使以人為本的構建和構建和諧社會的目標落到實處，應該自覺遵守國家相關法律和規定，承擔起保護職工安全的責任，實踐證明，企業履行社會責任不是負擔，而

是為發展增添生產力，對外樹立企業良好品牌形象，提升軟競爭力，對內可以營造積極健康的企業文化，職工們愛廠如家，增強了企業的凝聚力，安全生產是企業生產的有機組成部分，是企業承擔社會責任的核心部分，一個切實履行安全生產方面的社會責任的企業，同時對自己持續健康發展負責任的企業。

總而言之，從“石油化工領域過程安全控制”的視角來看，潛在需求較多，面臨的機遇多！如何圍繞“低碳、綠色、節能、降耗、環保、安全”，緊緊結合行業或用戶的需求來開發新觀點、采用新技術、拓展新領域、占領高端市場！為我國石油化工過程生產的安全可靠貢獻力量！

第三篇：目標管理與過程控制

目標管理與過程控制

錢皮曾經說過，管理學早已經走入末路，沒有什么創新的了。萬變不離其宗，古老的管理學思想一直都在發揮著重要的作用。大企業家和職業經理人的案頭或書架上總是少不了《易經》、《孫子兵法》、《三國演義》等這些古籍，常讀常新。常讀的沒有變化，常新的只是皮毛。

近期，一些管理學界的人士又開始向企業界推介他們的“最新”管理思想，那就是所謂的“強調結果”。最近在書店里看到幾本關于管理的書，如《請給我結果》、《不要任何借口》等等。粗粗翻看一下，都是強調結果的重要性的，但又不是目標管理的套路，實際上可以說是沒有“路數”，因為它只要結果，不管過程（而過程中存在的影響達成結果的問題往往被視為“借口”）。從中也可以再次看出管理學似已真的到了江郎才盡的地步，再也變不出什么新的名堂了?？醋髡哳^銜和業績介紹來頭不小，銷售員說書賣得不錯。書中表達的管理思想和要傳達的理念來看，不僅偏離了管理學的一些基本共識，還擾亂混淆了許多基本概念。

“目標管理”并不是一種新的東西。按照一種定義，“目標管理”是指企業針對目標展開的一系列管理行為。它強調目標的重要性，提醒管理人員不要把過程和結果分離。

類似的管理思想還有價值工程（VE），也是為了提醒設計人員不要偏離了目標，不要為技術而改進技術，不要搞過剩質量。

一個正常的人，又稱為“理性人”，之所以謂之理性，就是在其行為與動機之間具有邏輯一致性，也就是說，理性人所有的行為都是有目標動機的，也就是說其行為都是沖著目標而去的。

管理，是一種理性人的行為，即有目標動機的行為，換句話說，原本所有的管理行為都可以冠之以“目標管理”，即理性人的行為屬于“結果（目標）導向”的。

但是，因為有些人錯誤地將過程與結果相分離，變成了為管理而管理，所以才會有“目標管理”這種看起來很多余很滑稽的“管理思想”應運而生。

然而，矯枉過正，有人將目標管理、VE這些管理思路錯誤地解讀成為只要求結果，不必拘泥于手段和過程。這樣一來，只強調結果，就變成了聽天由命坐視結果的發生，放棄了對形成目標結果的過程的控制與操作，是一種不作為的、非理性的表現。

實際上，片面地強調結果，往往強調的是一個不完整的結果。例如，“成者為王敗者為寇”只強調成功的結果，而完全無視尸橫遍野的絕大戰爭成本。例如，質管人員可能會只顧產品質量，而忽略了產品質量所服務的目標——利潤。例如，經營者只注意眼前的利潤，可能放棄企業的長遠目標。

管理本就是一個過程，是通過過程的積累達到目標的，如果目標龐大，就不是一個人在短時間內所能完成的，這就需要對目標進行分解，分到不同的時段或分配給不同的人去完成。因此，目標管理的基礎是細致有效的目標分解。如果分解得不恰當不完善，承擔子目標的人出于自身利益的考慮就很有可能會做出背離管理者原來所設想的總目標的事情來。

例如，為了完成一個目標，首先要求有人來做事，要有人出勤，連人都沒有一個當然工作無法開展了。但出勤并不是完整的目標，偏偏就有人將這個子目標變成了“出勤不出力”，當一天和尚撞一天鐘。

例如，城市里人口密集需要一個良好的公共環境，因此設立了清潔工，專門掃馬路。但是，把馬路掃干凈并不是原本的完整目標。偏偏有些清潔工就只管掃馬路，把塵土掃得漫天飛揚，全然不顧路上路邊的行人和臨街飯館的食客，把清潔工作變成了另一種污染，還有些清潔工干脆把飛揚不起來的垃圾直接掃進路邊的窨井里，還有把掃到的樹葉等可燃物在路邊直接焚燒了事。

這種事情同樣發生在企業里。清理清掃本來是為了獲得一個良好的工作環境，但是很多

目標管理與過程控制

時候這個目標被異化了，變成了應付檢查的行為，檢查過后一切照舊。

例如，公交車的原本目標是將旅客安全運送到目的地。但是，經常有公交車“甩客”的現象，因為公交公司考核司機的準點和耗油量，而載不載客難以考核，所以，一些缺乏職業道德的司機就只管開車不管載客了。

例如“濫竽充數”，由于聽者把吹者有沒有鼓腮搖頭等當做判定是否好樂師的標準，才給濫竽充數者留下了充數的可乘之機。

例如，求量不求質。生產者只管數量，不管質量。植樹節原本是為了推動綠化活動而設立的，但不少地方植樹節年年搞，只管每年種下了幾棵樹，卻不管成活率高低。

例如，環保設施是為了保護環境治理污染而設立的，但一些企業的環保設施形同虛設，是設給上級看的，有檢查的時候就開動起來，檢查人員走了就關掉。有些管理部門也只抓“同時設計同時上馬”，卻對“同時運轉”網開一面。

例如我之前帖子講到的那個庸醫治駝背的故事。駝背者的家屬將目標簡單化為“只要把駝背弄直就行”，庸醫就不顧死活地弄出個直挺挺的尸體來。

……

因為有如此這般種種的“走過場”行為，“目標管理”就“被推出”了，目標管理概念的提出其實也可以看做是管理學界用近乎多余的手段來對付“走過場”現象的無奈之舉。

管理本身就是一個過程，一個路徑，管理工作的對象，尤其是對于生產性企業而言，都是針對過程進行管理。當然，毫無疑問，這個過程和路徑是針對目標的，不存在手段和結果的背離。手段一定是為目標服務的，因此，不需要撇開過程控制而片面強調結果。以往有這種偏差，即把手段和過程當作目標，為管理而管理，為改革而改革，這是需要糾正的，但不能矯枉過正，轉而忽略過程。

如果大家還承認管理者面對的是趨利避害的理性人的話，那么我們就應該知道，理性的廠商其實從來都沒有偏離過自己的目標，那就是利潤最大化。因此，管理學家在廠商面前談論目標管理，其實是多此一舉，實屬班門弄斧，關公面前耍大刀之舉。

過程與結果，這對基本哲學范疇的關系本來是十分清楚的。就人的行為來說（管理、生產），過程就是行為，是手段；而目標就是結果，是動機所在，因此，過程與結果之于人的行為來說就是手段與目的的關系問題，是動機與行為的關系問題。

管理，本身是一種人的行為，而且是理性人的操作行為，即有目的的主動行為。理性人之所以謂之理性，就是因為其行為的目的性，是行為與動機之間具有邏輯一致性，即過程與結果的統一。

如果現實當中出現了過程與目標背離的現象，一定是目標不明確或表達不完整。有時，來自上級的目標要求由于表達不清而導致對下級執行行為產生錯誤的指引。有時上級將一個目標默認為“眾所周知”“理所當然”，但下級很可能并不“周知”，或者下級所默認的理解實際與上級心目中的要求并不一樣。

“結果”，這是“過程”的終點所站立的那個檢驗員所要的東西，是最高管理者所要的東西，是客戶寫在采購合同條款里的內容。而最高管理者之下的管理人是處在“過程”之中，而不是集聚在“過程”的終點上，他們所面對的是過程而不是最終的結果，他們的職責恰恰就是過程控制，而非結果訴求。

如果把“結果”分解到“過程”中的各個環節之上，那就是目標管理當中所說的目標的“分解”了。而片面地強調結果的做法，早已經是過時的、初期的管理思路了。而如今，質量管理體系的思想已經是“一切以預防為主”、“質量是制造出來的不是檢查出來的”、“工作質量決定了產品質量“等等，因此，質量管理工作早已經從過去的結果控制變成了過程控制，而

目標管理與過程控制

且質量管理體系已經演化成為一個非常成熟完善的針對全程控制的體系，即大家所熟知的ISO質量管理體系。

ISO質量管理體系認證，不是到企業里去抽樣檢測產品的質量，而是對從產品設計到生產到銷售及售后服務全過程進行考察，評估這個過程的程序是否可以保證達到所設計的質量目標。影響產品質量的五大因素（人、機、料、法、環），無一不是過程當中的問題。

現在的采購經理，也早已不是坐在家中寫采購計劃給供應商下采購單這么簡單了，而是要派采購員或者親自出馬到供應商的生產現場去，去落實供應商的質保體系是否可靠，去干預供應商的制造過程，甚至要求生產者提供生產過程中的工藝文件、檢測方法標準等等。即便是能有效控制市場的大型廠商的采購都已經是這種模式了。對于過程當中有明顯問題的供應商，要么按照要求進行整改，要么另尋供應商。而作為供應商的廠商，也逐步適應了這種市場形勢，并將這種狀態總結成為一個信條，叫做“隨客戶一起成長”。“我只要按時交貨就行了”這種回答已經無法應對采購經理們看似過分的要求了。

“世界上怕就怕認真二字”，“成敗在于細節”，“凡是預則立不預則廢”，這里的“認真”、“細節”、“預”，這都是針對過程而言的。如果企業管理者對這些名言古訓還有所認同，就不要再對被管理者喊叫“給我一個結果”了——被管理者需要的是明確的管理指令。

第四篇：面向節能減排的典型冶金過程先進控制與優化-東南大學

項目名稱：面向節能減排的典型冶金過程先進控制與優化

完 成 人：李奇，李世華，楊念亮，錢王平，王志生，陳夕松，薛來文，方仕雄, 楊俊,倪健,馬翼

完成單位：東南大學,南京梅山礦業有限公司,江蘇沙鋼集團有限公司

成果簡介：冶金、石化、電力等行業耗能占我國規模以上工業能耗的80%以上，這其中，大型工業裝置能耗占絕大部分，以冶金磨礦分級過程為例，其能耗占整個選礦能耗近60%。大型工業裝置廣泛存在控制參數多、擾動強、非線性等問題，是當今過程控制及優化中最復雜、最前沿和最具挑戰性的難題之一。隨著流程工業中生產裝置向大型化、復雜化方向發展，以及國內外對節能環保要求越來越高，急需研發關鍵生產過程的新的先進控制和優化技術，以實施節能減排技術的提升和創新。

本項目在多項國家“863”、省科技支撐和自然科學基金及企業攻關項目的支持下，研發出以磨礦分級過程、鋼鐵熱軋生產流程為代表的典型冶金過程節能減排先進控制和優化技術，已成功應用于大型化磨礦分級過程、鋼鐵熱軋生產流程等大型工業裝置的先進控制和過程優化，取得了顯著的經濟、社會和環保效益。整體技術達到國際先進水平。其先進性在于：

（1）針對高能耗、高污染大型工業裝置控制中，廣泛存在的強擾動且難以測量的實際困難，首次提出了一套基于模型和數據混合的擾動軟測量理論和技術體系，并成功應用于冶金磨礦分級過程，解決了工業過程的擾動實時估計問題，大幅降低擾動測量成本，申請國家發明專利3項，發表SCI論文6篇。（2）首次提出了一套基于擾動軟測量的多變量解耦控制體系及相關應用技術，解決了一類多變量、多約束條件下的復雜擾動工業過程的先進抗干擾控制問題，出版專著（英文）1部，申請發明專利3項，授權2項，發表SCI論文10篇。（3）提出了基于偽譜分析的快速實時優化方法，以及基于專家智能的排產調度優化方法，解決了大規模、非線性過程優化的實時性問題，實現上下游工序的緊密協同，進而達到節能降耗目標，發表SCI論文7篇。（4）基于物聯網技術攻克生產裝備和生產流程中很多參數、狀態無法感知的諸多難題，構建了一種冶金生產過程信息采集、傳輸與集成的物聯網應用平臺，申請發明專利2項，授權1項，獲授權實用新型專利1項。

該項目技術具有自主知識產權，已獲授權專利4項（其中發明專利3項）；在國內外刊物發表學術論文35篇，SCI收錄23篇，EI收錄35篇次；軟件著作權9項；出版專著1部。

該項技術已產生直接經濟效益2.1億元。已應用于南京梅山礦業有限公司、江蘇沙鋼集團有限公司、武鋼程潮選礦、武鋼金山店選礦、南鋼草樓選礦等企業的大功率磨礦分級過程、破碎生產過程、熱軋生產流程等大型工業裝置的先進控制和優化。磨礦分級方面，通過控制溢流粒度（精度優于±1.5%）使噸礦耗電量降低5%以上，并利于脫硫降磷，拋尾量降低4%以上。鋼鐵熱軋生產方面，通過優化控制使產能平均提高1.05%；300度以上板坯熱裝比平均提高13.6%。在產生直接經濟效益的同時，產生了顯著的社會效益和環保效益。

第五篇：先進控制技術在石油化工工業中的應用

先進控制技術在石油化工工業中的應用

石油化工是個國民經濟的支柱產業，又是資金密集，能源密集和技術密集的產業，它伴隨著共和國的誕生而成長。但是，與國際先進石油化工企業比較還是有很大的差距，總體技術水品較低，能耗物耗高。要改變這種局面，根本的出路就是走科技進步的道路，采用先進控制技術改造傳統化工產業就是一種手段。

高級多變量魯棒預測控制軟件APC-Adcon是浙江中控軟件技術有限公司開發的具有自主知識產權的基于預測控制原理的一種多變量模型預測控制工程化軟件。

其原理是預測控制。預測控制是一種基于預測過程模型的控制算法，根據過程的歷史信息判斷將來的輸入和輸出。它強調模型的函數而非模型的結構，因此，狀態方程、傳遞函數甚至階躍響應或脈沖響應都可作為預測模型。預測模型能體現系統將來的行為，因此，設計者可以實驗不同的控制律用計算機仿真觀察系統輸出結果。預測控制是一種最優控制的算法，根據補償函數或性能函數計算出將來的控制動作。預測控制的優化過程不是一次離線完成的，是在有限的移動時間間隔內反復在線進行的。移動的時間間隔稱為有限時域，這是與傳統的最優控制最大的區別，傳統的最優控制是用一個性能函數來判斷全局最優化。對于動態特性變化和存在不確定因素的復雜系統無需在全局范圍內判斷最優化性能，因此這種滾動優化方法很適用于這樣的復雜系統。預測控制也是一種反饋控制的算法。如果模型和過程匹配錯誤，或者是由于系統的不確定因素引起的控制性能問題，預測控制可以補償誤差或根據在線辨識校正模型參數。

APC-Adcon軟件應用范圍廣，控制結構靈活，功能強大，技術成熟。多應用于煉油石化等大型工業過程控制，特別適合于需要采用多種控制策略和控制結構的復雜多變量過程。通過使用APC-Adcon軟件控制多變量過程可最大程度地提高操作穩定性，增加裝置產量，對過程實現卡邊控制，降低操作成本，大大減少質量指標的標準偏差，增強控制系統的魯棒性，為企業帶來最佳的經濟效益。