常減壓裝置自動控制優(yōu)化與提升

丁星(中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

儀表自控率是石油化工裝置重要的指標，在石油化工裝置的運行中起到重要的作用[1]。隨著工業(yè)自動化水平日益提升，企業(yè)信息化管理日益完善，我國石化行業(yè)對于生產(chǎn)裝置的自控率、平穩(wěn)率以及生產(chǎn)裝置的在線監(jiān)控日益重視。作為煉廠龍頭的常減壓裝置生產(chǎn)流程長、控制回路多，持續(xù)提高常減壓裝置自動化水平，優(yōu)化其控制性能對于原油加工意義重大[2]。

1 常減壓裝置存在問題

1.1 手動回路多，裝置儀表自控率偏低

項目實施前常減壓裝置實際儀表自控率普遍偏低，很多關鍵工藝控制點無法長期投用自動控制。操作人員、工藝技術人員、生產(chǎn)技術人員不熟悉控制器參數(shù)的整定及控制器類型的選擇，沒有專業(yè)人員對裝置所有控制器參數(shù)及控制效果展開針對性的優(yōu)化，當前的控制水平滿足不了裝置自控率提升的要求。

1.2 裝置串級等復雜控制回路投用率低

串級控制是裝置控制回路設計中常見的復雜控制回路，對于生產(chǎn)裝置及工藝指標控制有很重要的影響，較多串級或比值控制與產(chǎn)品質(zhì)量及反應深度等直接相關。目前，裝置對單個控制回路的參數(shù)整定與優(yōu)化尚不成熟，很難對串級控制、比值控制或三沖量控制等復雜控制進行優(yōu)化與投用，導致裝置實際串級投用效果較差或無法投用串級控制。

1.3 裝置各工藝參數(shù)控制效果有待提升

裝置被控變量的平穩(wěn)控制對裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)有很大幫助。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項目實施前手動控制回路控制精度低，很多控制回路雖投用自動控制，但實際控制效果一般，主要體現(xiàn)在控制回路跟蹤速度慢、控制回路波動大等方面。

1.4 裝置操作強度及操作難度較大

當前裝置自控率不高、部分投用自動控制的回路運行效果不好、裝置波動頻繁，導致裝置操作比較困難。裝置上存在操作工操作難度較大，且操作量降不下來的難題。

1.5 裝置部分控制方案不符合當前控制需求

根據(jù)不同裝置不同工況特點應當有不同控制策略及控制方法，尤其運行中裝置儀表、閥門、公用工程、處理量等變量的不確定，優(yōu)化人員需要深入研究被控單元指標及參數(shù)之間的相互關系，提出對裝置實際控制、操作便利性和產(chǎn)品質(zhì)量等有益的方案。舉例如下：

項目實施前常壓塔液位與減壓爐各支路流量為串級控制，由于需要保持各支路出口溫度基本一致，導致常壓塔底液位無法實現(xiàn)自動控制，為控制各支路溫度和常底液位，操作員需要經(jīng)常調(diào)節(jié)各支路流量閥，常壓塔底液位在46%～60%范圍內(nèi)波動，4條支路溫差經(jīng)常達到2.5 ℃，影響爐子熱效率。

1.6 裝置報警未實現(xiàn)在線監(jiān)控，現(xiàn)場報警頻繁

報警管理是企業(yè)采用信息化管理提升裝置安全監(jiān)管的重要手段，目前全廠裝置未能實現(xiàn)有效在線監(jiān)控和統(tǒng)計分析。現(xiàn)場報警頻繁，部分回路采用缺省報警值，沒有根據(jù)實際工況設定合理的報警值，有時又因設備故障產(chǎn)生的報警不能及時處理，產(chǎn)生的報警數(shù)量多而且時間間隔短，存在報警泛濫的現(xiàn)象。

2 項目實施目標

常減壓裝置進行控制系統(tǒng)優(yōu)化、提高控制精度、改善控制效果的目標如下：實時自控率達到96%以上，月均自控率達到98%以上；提高控制回路的控制質(zhì)量，控制平穩(wěn)率達到98%以上；提高裝置生產(chǎn)平穩(wěn)率，降低目標產(chǎn)品收率的波動，提高產(chǎn)品質(zhì)量；裝置日均發(fā)生過程報警次數(shù)降為實施前的10%，或者50次/100個控制回路；裝置日均操作次數(shù)降為實施前的10%，或者100次/100個控制回路；實現(xiàn)裝置的全流程自動、一鍵操作和最長無報警時間操作。

3 項目優(yōu)化內(nèi)容

3.1 控制回路優(yōu)化

對生產(chǎn)裝置的每一個回路進行對象特性辨識，根據(jù)辨識的對象特性，選擇合適的PID控制形式，再根據(jù)對象特性和選定的PID控制形式整定PID參數(shù)，然后將合適的PID參數(shù)置入生產(chǎn)現(xiàn)場。

3.2 全流程自動和一鍵操作

滿足工藝協(xié)調(diào)、原料配比等方面的條件(主要是工藝方面的)，則可以達到全流程自動和一鍵操作。

3.3 凈屏操作

裝置的DCS系統(tǒng)安裝凈屏軟件，當存在工藝、設備或者儀表問題時，生產(chǎn)裝置就不能做到凈屏操作。因此，應該對工藝、設備或者儀表進行整改，直到達到凈屏操作的條件。

4 常減壓裝置全流程優(yōu)化成果

4.1 自控率大幅度提高，串級復雜控制全部投運

常減壓裝置自控提升工作全部完成，已投用自動回路提高其控制精度，未投用自動回路進行了閥門、儀表測試，投用自動或給出處理建議。自控率得到了明顯提高，常減壓裝置平均自控率由30.56%提高至98.96%，常減壓裝置長周期平均自控率達到98.83%。

4.2 控制平穩(wěn)率達到高水平

自控提升項目范圍內(nèi)裝置優(yōu)化工作全部完成，大量手動控制回路投用自動控制，自動控制回路控制效果明顯改善，可保證控制回路長周期自動平穩(wěn)運行。

4.3 報警設置合理化，無效報警大幅減少

自控提升項目中全廠裝置上線了報警監(jiān)控，具備強大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，配合工藝、儀表、設備對報警逐條進行分析梳理，持續(xù)進行報警優(yōu)化，無效報警大幅減少。

4.4 自動控制水平提高，裝置操作量大幅下降

自控提升項目實施后，裝置自動控制水平明顯提升，重難點控制方案作出優(yōu)化完善，裝置平穩(wěn)運行時報警量大大降低，有效減少了操作人員勞動強度。

4.5 凈屏系統(tǒng)完成上線

智能隱屏系統(tǒng)（凈屏系統(tǒng)）已全部完成安裝部署，當裝置在5 min內(nèi)沒有報警和操作，黑屏系統(tǒng)啟動并從5 min開始累計時長，當裝置出現(xiàn)報警或操作時黑屏系統(tǒng)自動結(jié)束。24 h無報警操作時長為該裝在過去24 h內(nèi)的黑屏累計時長。

4.6 生產(chǎn)方差平穩(wěn)率提升

300萬噸/年常減壓裝置的方差平穩(wěn)率在項目優(yōu)化前維持在97.5%左右，裝置經(jīng)過PID參數(shù)優(yōu)化及控制方案整改，方差平穩(wěn)率長期維持在98.5%左右，與優(yōu)化前相比，裝置方差平穩(wěn)率提升1%。

4.7 產(chǎn)品質(zhì)量提升

穩(wěn)定塔塔頂液化氣含量分析，通過控制優(yōu)化，穩(wěn)定塔塔頂壓力、塔頂溫度和再沸器出口溫度控制穩(wěn)定，穩(wěn)定塔整體分離效果提升，項目實施前塔頂液化氣中C5及C5以上組分含量經(jīng)常在0%～1.4%波動，實施后中C5及C5以上組分保持在0.01%～0.20%之間。減少了液化氣在石腦油中的損失，同時提高石腦油的純度。

5 重點難點問題攻關

5.1 加熱爐優(yōu)化效果顯著

實施前加熱爐自控率普遍較低，裝置上基本依靠經(jīng)驗手工調(diào)整控制變量。波動較大時，經(jīng)常犧牲工藝參數(shù)控制精度，使得其熱效率遠遠低于預期設計，加熱爐抗干擾能力也得不到充分發(fā)揮。實施改造后，常減壓裝置加熱爐出口溫度、氧含量、負壓控制的精準度大大改善，波動幅度大幅降低，如表1所示。

表1 熱爐出口溫度、氧含量、負壓控制改造前后數(shù)值對比

5.2 分餾塔、機組和電脫鹽罐等關鍵參數(shù)平穩(wěn)率提升

優(yōu)化前裝置的分餾塔普遍存在的問題：塔中各工藝參數(shù)波動大，手動控制效果差；精餾效果不理想，造成輕組分沒有完全蒸至塔頂，塔底組分不合格，重組分由于溫度、回流等影響蒸到塔頂，造成塔頂產(chǎn)品不合格，塔的能耗偏高。

自控提升項目對關鍵控制點結(jié)合上下游進行全流程優(yōu)化，精餾塔溫度、塔壓、系統(tǒng)壓力等取得明顯改善，平均標準偏差下降達到77.18%。

5.3 蒸汽發(fā)生器（常一中）汽包出口管線壓力控制

汽包D901出口管線壓控PIC90101，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，壓力及閥位波動均明顯較大，對后路過熱蒸汽壓力影響較大。經(jīng)過PID參數(shù)優(yōu)化后，壓力測量值波動由 0.341～0.358 MPa減小至 0.346～0.349 MPa，提高汽包的穩(wěn)定性和安全性，優(yōu)化后的壓力波動范圍為優(yōu)化前的1/5。

5.4 電脫鹽注水罐液位控制

電脫鹽注水罐D(zhuǎn)110液控LIC11001，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，液位及閥位的波動較大，引起二級電脫鹽罐界位波動也較大。經(jīng)過PID參數(shù)優(yōu)化后，液位測量值波動由62.8%～66.9%減小至63.4%～64%，閥位波動由55%～67%減小至58.5%～59.4%。與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的液位波動范圍為優(yōu)化前的1/4，閥位波動范圍為優(yōu)化前的1/10。

5.5 二級電脫鹽罐界位/電脫鹽注水流量控制

二級電脫鹽罐D(zhuǎn)102界控LDIC10202，在優(yōu)化前已經(jīng)投用自動控制。由于該控制回路的PID參數(shù)不合適，界位及閥位的波動較大，引起一級電脫鹽罐注水流量FIC10101的波動也較大。經(jīng)過PID參數(shù)優(yōu)化后，閥位波動由56%～60%減小至58%～59%，F(xiàn)IC10101流量波動由12～20 t/h減小至16.2～17.3 t/h，優(yōu)化后的閥位波動范圍為優(yōu)化前的1/4，F(xiàn)IC10101流量波動范圍為優(yōu)化前的1/8。

5.6 穩(wěn)定塔回流罐液位

項目實施前穩(wěn)定塔回流罐液位LIC1101與液化氣流量FIC61201組成串級控制，由于FIC61201低流量不顯示導致串級無法投用，操作員需要經(jīng)常調(diào)節(jié)液化氣流量閥門，操作量大且液位控制不穩(wěn)定，液位在35%～65%范圍內(nèi)波動。經(jīng)討論后改為液位主控，液位穩(wěn)定在設定值的±1%范圍內(nèi)，提高穩(wěn)定塔的穩(wěn)定性。

5.7 電脫鹽罐壓力控制

項目實施前一級電脫鹽罐壓力PIC10101和二級電脫鹽罐壓力PIC10201高選控制原油進裝置流量，操作員需要調(diào)節(jié)電脫鹽后閥門HIC51001和HIC51002控制壓力，操作量大且壓力控制不穩(wěn)定，一級電脫鹽罐壓力在1.0～1.2 MPa范圍內(nèi)波動。經(jīng)討論改為電脫鹽罐壓力高選控制脫后手操器，壓力穩(wěn)定在設定值的±0.02 MPa范圍內(nèi)，優(yōu)化后壓力波動幅度降低為優(yōu)化前的1/5。

5.8 常壓塔頂溫度控制

項目實施前常壓塔頂溫度TIC31001與回流量組成串級控制，由于副回路儀表不準確，導致串級無法投用，操作員需要經(jīng)常手動回流閥控制溫度，溫度在119～122 ℃范圍內(nèi)波動。經(jīng)討論后改為溫度單回路主控，投用后溫度穩(wěn)定在設定值的±0.5 ℃范圍內(nèi)，優(yōu)化后溫度波動幅度降低為優(yōu)化前的1/3。

5.9 常壓塔回流罐壓力控制

項目實施前常壓塔頂回流罐壓力PIC33001已投用單回路自動控制，由于閥門卡塞和PID參數(shù)不合理導致壓力在設定值的±1 kPa范圍內(nèi)波動。經(jīng)PID參數(shù)優(yōu)化后，壓力穩(wěn)定在設定值的±0.5 kPa范圍內(nèi)，提高常壓塔的穩(wěn)定性和分離效果，壓力波動幅度降低為優(yōu)化前的1/2。

6 結(jié)語

通過常減壓裝置自動控制優(yōu)化與提升項目的實施，項目要求指標全部達成，自控平穩(wěn)率提升，各項指標改善，配合工藝操作優(yōu)化，可以帶來物耗能耗優(yōu)化，產(chǎn)品收率提高的直接效益，而且將形成良性循環(huán)，極大地提升了裝置運行水平。