石油化工自動化技術(shù)若干問題的探討

葛永志 游金波

摘 要：在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，作為傳統(tǒng)工業(yè)的石油化工工業(yè)仍然是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著工業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步推廣，快速反應(yīng)、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等工藝的開發(fā)成功，對自動化提出了更高的要求。另外，激烈的市場競爭也對自動化提出了新的目標(biāo)與要求，信息技術(shù)對石油化工自動化技術(shù)的發(fā)展也注入了新的活力。

關(guān)鍵詞：石油化工技術(shù)；自動化；應(yīng)用

一、我國石油化工自動化技術(shù)的現(xiàn)狀

我國石油和化工自動化經(jīng)過50年的發(fā)展，通過技術(shù)引進(jìn)，消化吸收和不斷創(chuàng)新，自動化水平取得了長足進(jìn)步。與先進(jìn)國家相比，我國的石油化工工業(yè)還普遍存在著能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)過程工藝落后、自動化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競爭力弱等問題。而企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)是將先進(jìn)的工藝裝備技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)合，將企業(yè)的生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化、運(yùn)行、計(jì)劃與管理作為一個整體進(jìn)行控制與管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競爭力的核心高技術(shù)。

大型石油化工企業(yè)重視信息集成技術(shù)的應(yīng)用，以極大的熱情和精力，構(gòu)架工廠級、公司級甚至超公司級的信息集成系統(tǒng)。1995年美國、日本、西歐等國已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施CIMS計(jì)劃，如日本三井石油化學(xué)工業(yè)公司、美國德曹達(dá)公司、高爾公司等。

二、石油化工綜合技術(shù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成

一般而言，流程工業(yè)企業(yè)對綜合自動化技術(shù)的需求主要關(guān)注4方面的問題。（1）安全：即需要用高可靠性的控制系統(tǒng)、檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對設(shè)備與裝置的運(yùn)行提供保證，進(jìn)而對關(guān)鍵裝置進(jìn)行故障診斷與健康維護(hù)。（2）低成本：通過先進(jìn)的工藝及工藝參數(shù)以降低能耗和原料消耗，以及通過先進(jìn)的建模技術(shù)、控制技術(shù)和實(shí)時優(yōu)化技術(shù)來提高產(chǎn)品的合格率和轉(zhuǎn)化率。（3）高效率：通過先進(jìn)的計(jì)劃調(diào)度與排產(chǎn)技術(shù)和流程模擬技術(shù)來提高設(shè)備利用率和勞動生產(chǎn)率。（4）提高競爭力：通過數(shù)據(jù)和信息的綜合集成，如先進(jìn)的管理技術(shù)（包括ERP、CRM、SCM等）、電子商務(wù)、價值鏈分析技術(shù)等，以促進(jìn)企業(yè)價值的增值，最終提高企業(yè)的綜合競爭力。

根據(jù)國內(nèi)外綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)可以分成3層結(jié)構(gòu)。

（1）以PCS（過程控制系統(tǒng)）為代表的基礎(chǔ)自動化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制軟件、軟測量技術(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、可靠性技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS）、多總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、基于高速以太網(wǎng)和無線技術(shù)的現(xiàn)場控制設(shè)備、傳感器技術(shù)、特種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。

（2）以MES（生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過程運(yùn)行優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括先進(jìn)建模與流程模擬技術(shù)（AMT：Advanced Modeling Technologies）、先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)（APS：Advanced Planning and Scheduling）、實(shí)時優(yōu)化技術(shù)（RTO：Real-time Optimization）、故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù)、動態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動態(tài)成本控制與管理技術(shù)等等。

（3）以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理（ERP）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM）、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理（PqDM）、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等等。

通過研究生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）及相關(guān)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在線成本的預(yù)測、控制和反饋校正，以形成生產(chǎn)成本控制中心，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化運(yùn)行；可以實(shí)施生產(chǎn)全過程的優(yōu)化調(diào)度、統(tǒng)一指揮，以形成生產(chǎn)指揮中心，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制；可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量跟蹤、安全監(jiān)控，以形成質(zhì)量管理體系和設(shè)備健康保障體系，保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。

三、企業(yè)綜合自動化所需要的關(guān)鍵技術(shù)

（1）信息的集成、挖掘和增值 信息集成是綜合自動化的核心，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)則是信息集成的基礎(chǔ)。由于流程工業(yè)的特點(diǎn)，有大量的反映生產(chǎn)過程狀態(tài)的實(shí)時海量數(shù)據(jù)需要處理、管理和有效地應(yīng)用，因此實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是采用實(shí)時數(shù)據(jù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督與控制，對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析與評價的基礎(chǔ)。因而流程工業(yè)信息集成環(huán)境中需要同時設(shè)置關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，作為整個系統(tǒng)信息的集散地。這兩個數(shù)據(jù)庫既可獨(dú)立地操作，又可協(xié)同動作，及時并行或交叉地處理來自全廠的各種信息，真正做到信息集成與共享。

（2）科學(xué)的決策支持 生產(chǎn)經(jīng)營決策是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中的重要內(nèi)容。但是，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式還處于經(jīng)驗(yàn)決策、具有較大的隨意性、而科學(xué)的決策支持則是企業(yè)經(jīng)營成敗的關(guān)鍵。

成本效益分析是指對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動應(yīng)用財(cái)務(wù)分析方法進(jìn)行分析評價、以得到全企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的過程。在煉油企業(yè)綜合自動化中，成本效益分析是煉油企業(yè)生產(chǎn)管理中的重要環(huán)節(jié)，也是煉油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營決策中的必需步驟。它以企業(yè)獲得最大利潤為目標(biāo)。對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營進(jìn)行成本效益分析、并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)方案的盈虧分析，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營過程和生產(chǎn)計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以提高企業(yè)決策水平，加強(qiáng)企業(yè)在市場中的競爭能力。

為了達(dá)到公司預(yù)先制定的利潤目標(biāo)，就必須協(xié)調(diào)好企業(yè)各部門的工作，即原油采購、生產(chǎn)計(jì)劃的制定、生產(chǎn)調(diào)度和產(chǎn)品的銷售等。由于原油是煉油廠生產(chǎn)的主要原料，原油成本占了產(chǎn)品總成本的80―90%，因此，為了實(shí)現(xiàn)利潤目標(biāo)，必須首先控制原油成本，即控制原油的采購價格。

盈虧平衡分析是指利用財(cái)務(wù)分析方法和數(shù)學(xué)工具，對生產(chǎn)經(jīng)營方案或計(jì)劃進(jìn)行分析，得出實(shí)現(xiàn)利潤目標(biāo)的原油最高采購價格（保利點(diǎn)）和保證不虧損經(jīng)營（利潤為0）的原油最高采購價格（保本點(diǎn)）。盈虧平衡分析對于原油采購、控制成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的參考價值、是制定合理生產(chǎn)計(jì)劃時的重要環(huán)節(jié)，對于控制生產(chǎn)成本、擴(kuò)大利潤，從而保證利潤目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，指導(dǎo)全企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，具有十分重要的意義。

（3）進(jìn)行流程模擬，建立過程模型 實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化操作進(jìn)行流程模擬，建立過程模型、實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化操作是流程工業(yè)綜合自動化的又一關(guān)鍵技術(shù)。

生產(chǎn)計(jì)劃/調(diào)度的科學(xué)化是煉油生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)一定限度的生產(chǎn)柔性的關(guān)鍵、是被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛重視的研究課題。由于煉油生產(chǎn)具有高度復(fù)雜性的特點(diǎn)，必須將生產(chǎn)工藝機(jī)理建模與系統(tǒng)工程理論緊密結(jié)合起來，去尋找解決這一問題的辦法。實(shí)踐結(jié)果表明，基于全流程模擬，結(jié)合應(yīng)用線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃或動態(tài)規(guī)劃的辦法建立計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)計(jì)劃/調(diào)度系統(tǒng)、是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化排產(chǎn)/優(yōu)化調(diào)度的有效途徑。

過程操作優(yōu)化是煉油工業(yè)適應(yīng)市場原料和產(chǎn)品需求變化，使生產(chǎn)具有柔性的另一關(guān)鍵。技術(shù)難點(diǎn)首先是建立過程穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。由于工藝技術(shù)復(fù)雜，不同的裝置機(jī)理不同，有些復(fù)雜的反應(yīng)過程機(jī)理尚不清楚，而且建模涉及到工藝機(jī)理和信息處理技術(shù)、是跨學(xué)科的，因此建立工業(yè)應(yīng)用的模型是極為困難的。

將現(xiàn)場總線技術(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用于石油化工，發(fā)展綜合自動化整體解決方案及集成技術(shù)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力，是今后石油化工工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的趨勢。

（作者單位：山東省東明石化集團(tuán)有限公司）