探討先進控制技術在煉油化工行業的應用

宮文斌

中國石油哈爾濱石化分公司生產運行處

探討先進控制技術在煉油化工行業的應用

宮文斌

中國石油哈爾濱石化分公司生產運行處

煉油化工行業中早已經大范圍的應用先進控制技術。先進控制技術的應用，不僅提高了煉油化工行業的工作效率，同時也能夠保證油質量。本文首先對煉油化工行業的先進控制技術進行了介紹，其次對先進控制技術在煉油化工行業的應用進行了探討，希望有所幫助。

先進控制技術；煉油化工行業；應用

煉油化工行業應用先進控制技術是該行業增效的關鍵技術手段。選擇恰當的先進控制技術，能夠使得煉油化工環節更加優化，以此提高經濟效益，在市場中占有大量的份額。現如今，我國煉油化工行業已經大規模的推廣應用先進控制技術，同時制定了相應的推廣策略，以此保證先進控制技術廣泛的使用。

一、煉油化工行業的先進控制技術

煉油化工行業中，有很多控制過程應用普通的PID并不能解決或者解決效果不理想，比如數據采集、多變量控制等，此時就需要先進控制程序來解決上述問題。現階段，煉油化工行業中涉及到的先進控制技術有如下幾種：

1、數據的采集、處理、軟測量技術

要想充分的發揮出先進控制技術的作用，首先要保證有足夠的實時數據。但是在進行數據采集時，現場儀表信號時常會不穩定，而產生失真、噪聲波動等問題，所以必須對信號數據展開必要的識別處理檢查，比如對信號數據變化程度進行檢查等。軟測量技術主要應用的是機理分析原理，主要包括熱量平衡、壓力平衡等原理。先進控制技術需要在半機理半經驗的基礎上，通過軟測量模型以及相應的計算方法，對無法確定的變量進行測量，這是先進控制技術重要的職能。典型的軟測量主要有：爐熱效率計算、催化劑循環量等。一般情況下，聚丙烯裝置也需要運用軟測量，測量內容有催化活性、聚合物產率。

2、人工智能技術

煉油化工行業中，人工智能技術已經得到了普遍的應用，尤其是在過程控制方面，人工智能技術應用更為普遍。比較常見人工智能技術有模糊系統、專家系統等，除此之外，還有神經元系統。這其中專家系統主要負責對測量儀表、工業過程故障等進行相應的檢查，一般情況下，都是規模比較大機組。而神經元網絡中主要功能就是為非線性過程建模期間，提供各種切實可行的方法。前向網絡法、反向傳播算法是現今應用比較頻繁，也是比較先進的神經元網絡法。模糊系統主要是應用在模糊控制理論中，雖然現階段，此種人工智能技術的應用并不廣泛，但是隨著研究的深入，模糊系統定會成為改善原有控制過程的一種有效的方法。

3、預測控制技術

預測控制技術很早就被研究出來，現如今已經有很多種相關理論問世，其中比較著名的有兩種，一種是預測啟發控制；另一種是動態矩陣控制。預測控制模型原理與傳統的控制模型原理并不相同。預測控制模型優勢主要體現在如下方面：應用的原理是脈沖響應，也可以通過階躍響應原理獲得，這兩種原理都非常簡單，可以容易得到相應模型；預測控制技術并沒有完全摒棄傳統控制理論思想，而且吸收了原有先進思想，與此同時優化了傳統控制方式，運用滾動優化方法；預測控制技術主要是借助實測值對預測展開相應的反饋校正，這就使得控制結果更加明確，不穩定因素降低。預測控制技術在煉油化工行業中應用已經有接近四十年的歷史，現階段，世界上已經有各種類型的預測控制軟件包，我國現今應用的預測控制技術主要依賴于國外進口。我國有關學者對預測控制技術已經展開了深入研究，但是還未實現工程化，不過動態矩陣控制在煉油和化工行業中應用已經取得了成功。

二、先進控制技術在煉油化工行業的應用

我國某煉油化工企業，上世紀90年代投產，投產之初就與國內知名大學合作，同時與國外公司聯合，共同研究先進控制技術。現如今，該煉油化工企業的很多裝置都應用了先進控制技術。具體應用如下：

1、加熱爐運用先進控制技術

首先，加熱爐熱效率的有關算法應用了先進控制技術；其次，加熱爐支路平衡也應用了先進控制技術，在加熱爐溫度與進料都不發生變化的條件下，按照溫度高低，對加熱爐管流量進行相應的調整，以此保證支路出口溫度相同，這樣就能夠防止某部分加熱管道出現明顯過熱的情況，這對加熱爐使用壽命的增加具有積極作用；再次，加熱爐出口溫度串級前饋控制采用了先進控制技術，加熱爐加熱環節存在者著比較多的干擾源，先進控制技術的應用，將前饋信號融入到回路爐中，進行必要的溫度控制，進而提升了出口溫度控制效果；最后，對加熱爐提降量進行有效的控制。加熱爐總流量發生變化時，通過先進控制技術，各路流量都得到了合理均勻的分配，這樣爐膛溫度就保持在既定的要求之內，不會過高也不會過低。

2、分餾塔運用先進控制技術

該煉油化工企業分餾塔中段回流取熱應用的就是先進控制技術，以此保證了回流取熱分配更加科學合理。該部分主要應用的事預測控制技術。協調層主要是通過各個生產方案來確定。首先對分餾塔各個階段的取熱比這以及范圍進行明確，在這些數據信息都不發生改變的情況，將取熱比控制在中規定的范圍之內。中斷回流控制主要是運用動態矩陣控制方法。將取熱量看作是控制變量，而將回流量看作是操作變量，與此同時對回流取熱進行控制分配，這樣就能夠保證產品質量。

3、原油蒸餾塔的建模與優化

原油蒸餾塔模型以Sorel平衡級模型來建立機理模型。Sorel平衡級模型假設離開任一平衡級的兩相物流總是處于熱力學平衡狀態，通過對各平衡級進行物料平衡、能量平衡、相平衡計算建立模型，即列寫Sorel方程。針對Sorel模型方程組的計算機求解算法各有不同，如方程分解算法等。常壓蒸餾過程穩態優化問題可以描述為在平穩操作的前提下，根據蒸餾過程數學模型，在一定的質量指標約束條件下，用遺傳算法求解優化目標函數，得到關鍵操作變量的設定值，為現場操作人員提供指導或進行閉環優化控制。

4、基于神經元網絡的粗汽油干點和輕柴油傾點軟測量及質量卡邊控制

通過觀察分析粗汽油干點和輕柴油傾點與它們對應的溫度和油氣分壓的非線性關系：對應的溫度高則質量點的值也高，對應油氣分壓高則質量點的值低。用神經元網絡的方法，通過已獲得的化驗值和相關參數值尋找出最佳的權重即樣本學習，然后把實時的相關參數值通過該權重計算出適時的軟測量值。

三、結語

綜上所述，可知隨著先進控制技術的發展，我國煉油化工行業必將會全部應用到該技術。但是目前我國對此方面的研究還不夠深入，很多關鍵性技術都需要依靠國外進口。這使得煉油成本大大提高，為了提高我國煉油化工企業的市場競爭能力，有關企業應該與國內知名大學進行合作，也可以借鑒國外優秀經驗，以此研制出我國的先進控制技術，減少國外技術進口成本。

[1]薛美盛，吳剛，孫德敏，王永.工業過程的先進控制[J].化工自動化及儀表，2002(02)

[2]許超，陳治綱，邵惠鶴.預測控制技術及應用發展綜述[J].化工自動化及儀表，2002(03)

[3]郭錦標.MPC在重油催化裂化過程控制中的應用[J].煉油設計，2000(02)

[4]張文德，李冬媛，周天驥.推進自動化技術在石油化工企業的應用與發展[J].煉油設計，2000(02)