煉油化工先進控制技術應用研究

張照勇

（大慶石化公司設備檢維修中心煉油區儀表車間，黑龍江 大慶 163711）

在煉油化工行業生產過程中配合使用先進的計算機及自動管控技術，能夠及時發現存在于生產設備運行期間的故障問題，對生產流程進行進一步完善及優化，對保障煉油化工企業綜合競爭水平，實現煉油化工企業綜合效益最大化，目標意義重大。就目前來看，應用在煉油化工生產期間的先進控制技術種類不同，實際應用功能存在較大差異，需要結合煉油化工行業具體生產特征及生產要求，制定出更為專項可行的先進控制系統設計方案。

1 不同先進控制技術在煉油化工行業中的具體應用

先進控制技術旨在解決石油化工生產期間常規控制方法效果不佳，生產質量及效率無法得到根本上保障等問題。現階段先進控制技術的研發方向為控制策略優化、數據采集及處理、人工智能技術、動態過程模型，辨識技術等。在先進控制技術應用過程中，需要以強大的計算能力為支撐。配合使用DCS方式以及過程控制語言編寫控制程序，使煉油化工各生產設備運行技術參數均能夠得到全面把控，

1.1 數據采集處理及軟測量

在煉油化工生產期間使用先進控制技術，需要依賴大量的實時數據。生產現場中的測量儀表會受環境因素影響而出現運行故障、監測結果偏差、噪聲波動等情況，因此需要針對此些信號進行識別處理。做好測量值量程檢查、變化幅度值檢查、變化率，查工作。軟測量技術就是借助熱量平衡、壓力平衡、反應機理等原理，配合使用人工智能方式建立起煉油化工設備軟測量模型，使煉油化工生產過程中的不可測量變量能夠得到實時精準計算。現有煉油化工行業中的軟測量技術主要包括熱焓值計算、爐熱效率計算、汽油飽和蒸汽壓力計算等。以催化裝置為例，在將軟測量技術應用在催化裝置的控制過程中，需要重點測量催化劑循環量、反應熱量值、催化劑的燒灼情況；在聚丙烯裝置內使用軟測量技術，應當依據熔體流動指數，檢測聚丙烯裝置運行期間的聚合物產量、反應器傳熱系數以及催化劑的活性。

1.2 人工智能技術

當前人工智能技術在煉油化工行業控制工作中的應用范圍逐步擴大。在煉油化工生產過程控制過程中，通過使用人工智能技術中的專家系統、神經元系統、模糊系統，實現生產全過程管控目標。

其中，專家系統主要用于檢測煉油化工電氣儀表及控制回路，對設備實際運行期間的故障問題進行全面檢測與診斷。如對大型機組設備進行故障診斷、催化反應裝置運行故障預警及診斷等、神經元網絡控制技術主要就是針對煉油化工生產期間的復雜線性生產環節開展全面監管，并構建起非線性模型。現階段神經元控制工作由前向網絡控制及反向傳播算法兩方面組成、是一種多映射網絡體系。神經元網絡中還包括兩個隱含層、輸出層及輸入層，隱含層中可依照任意精度接近任意連續函數，可更為高效的應用在煉油化工生產期間的數據處理及建模工作中。模糊控制技術就是借助模糊控制理論，針對生產要求表達確定性經驗，改善相應控制流程，切實優化煉油化工生產環節。

1.3 預測控制技術

（1）預測模型。預測控制技術被最早應用在工業生產控制過程中，通過在原脈沖響應模型上增加預測啟發控制系統或者使用模型算法控制手段，建立起動態矩陣控制系統。相較于其他控制手段而言，預測控制技術的特征更為顯著。

在建立預測控制模型時，應當以對象脈沖響應或階躍響應為預測模型，模型結構簡單、算法便捷[3]；預測控制技術吸收了現代控制理論，借助在線有線優化與滾動優化方式，進一步擴大了實際控制范圍。預測控制技術可以利用實測值，對預測值進行反饋與校正處理，確保存在于實際生產期間的不確定因素能夠得到及時發現與解決，從根本上提升了控制系統整體魯棒性。現階段預測控制軟件數量增多，在煉油化工行業中也大規模使用到了單變量動態矩陣控制手段，使控制效果得到了根本上提升。在單變量動態矩陣控制工作開展期間，需要首先構建及預測模型。選擇適宜的測定對象階躍響應的采樣值以及采樣周期，并對對象動態信息的有限集合值進行描述。

其次，做好滾動優化工作。借助DMC算法，確定實際控制策略。明確控制增量以及被控對象多個時刻的預測值，設置控制時域與優化時域。在控制工作開展時，應避免增量值出現較大變化，因此還需要在可優化性能指標基礎上增加軟約束力，獲得更為精準的控制標準。

最后，對控制過程進行反饋與校正。通過分析在預先控制工作中可能出現的模型配置不合理、環境干擾等因素，基于DMC算法確定下一采樣時刻的檢驗對象實際值，計算出預測誤差。

（2）多變量預測控制。多變量預測控制工作主要就是針對被控對象，設置適宜的控制輸入及輸出值。在多變量預控技術應用過程中，不僅需要對不同時刻的控制作用進行疊加，還需要著重關注控制量的疊加工作。分析可能存在于煉油化工生產期間的各類不利影響因素，并對此些變量值進行疊加，確保控制系統對象輸出數值能夠控制到任意期望值。多變量控制算法還需使用整體優化概念，分析煉油化工生產環節輸入及輸出工作的相互影響，確保控制輸入及輸出量能夠在實際控制工作中保持同等地位。

（3）其他預測控制技術。現階段煉油化工預測控制工作也誕生出了其他種類的預測控制技術，如以非參數模型為基礎的預測控制算法、離散參數模型預測控制算法、擴展時域預測制適應控制法等。

1.4 PID參數自動整定

PID參數制動整定技術主要包括輸入及輸出數據自整定、瞬態響應自整定兩種方式。輸入輸出數據自整定就是根據被控對象輸入及輸出數據的序列建立模型，配合使用相關系數變時、最小二乘積計算手段，確定模型中某種二次型準則函數，靈活控制最小控制器運行參數。利用瞬態響應自整定方式開展煉油化工生產控制工作，需要相關技術人員首先觀察瞬態響應曲線變化，結合工作經驗整定控制裝置參數。斷開生產設備中的反饋控制回路，確保控制系統處于開環狀態，對控制系統的輸入基準信號進行檢測，明確瞬態響應特征，如對象靜態增益、等效時間常數、等效純滯后時間常數等。將PID控制裝置由已知的非線性環節替換，調整非線性環節技術參數，確保閉環系統的輸出值為等幅振蕩。測量等幅振蕩的幅值與周期，并針對測量結果設置臨界震蕩頻率值與幅值，最后根據經驗公式獲得更為精準的PID控制器運行參數。

1.5 PLC控制技術

現階段PLC控制技術也被廣泛應用在煉油化工行業控制工作中，可高效完成煉油化工設備順序控制、閉環控制、開關量控制目標。順序控制是煉油化工生產控制工作的重要內容，需要借助PLC技術實現煉油化工生產流程控制目標，切實保障煉油化工生產設備運行質量與效率。具體而言，將PLC技術取代傳統煉油化工生產控制流程內的控制輔助裝置，可以使生產設備運行及工藝流程能夠得到精準控制，借助信息模塊、通訊總線協調應用等方式，切實提升PLC控制系統運行效果。在PLC技術日漸完善的當前背景下，PLC控制系統取代了煉油化工控制工作中的人工控制方式，實現了全面控制目標，切實提升了煉油化工系統自動化發展水平。在煉油化工生產控制流程內配合使用PLC技術，借助遠程控制站、傳感器等可全面采集控制現場數據信息。相關操作人員借助終端顯示屏接口了解能夠直接掌握煉油化工生產設備運行狀態，并對設備運行參數進行遠程調整。

由于PLC技術控制工作具有一定的安全性、靈活性與穩定性，能夠基于煉油化工生產設備使用者事先預定的程序實施不同控制工作，避免傳統控制環節出現設備運轉效率低、能源浪費嚴重等問題。生產設備自動化閉環控制系統可進一步擴大實際控制范圍，對控制模塊功能進行進一步補充與優化。閉環控制系統主要采用自動控制、現場控制箱手動控制、機旁手動啟動功能。使用PLC制動啟動系統，可在啟動煉油化工生產設備過程中，依照設備使用時間選擇合理的啟動方式。在原煉油化工生產控制系統中，內部主要包括電磁性繼電氣，在實際運行期間極易出現觸點故障問題，嚴重影響到系統整體運行效果，導致系統整體運行可靠性下降。而通過將 PLC技術應用在煉油化工生產設備運行控制過程中，可以有效控制繼電氣實物元件，切實提升系統運行期間的各項功能，使煉油化工斷路器能夠實現集中控制，增強了實際運行期間的可控性。不僅如此，以PLC技術為主的控制系統還具有數據處理與邏輯推斷功能，在切實提高系統運行期間抗干擾能力的同時，也能夠擴大系統實際應用范圍，確保該系統能夠在保障電氣設備正常運行中發揮出重要作用。

2 先進控制技術在煉油化工行業中的應用方向

當前我國煉油化工行業正處于快速發展階段，通過在投資前期與國內外知名公司及大學進行合作，開發出了更多先控制技術，使煉油化工各生產流程均得到了全面管控。

2.1 在加熱爐控制中的應用

在煉油化工行業中，加熱爐運行水平可直接影響到實際生產水平，需要在加熱爐管控中配合使用先進控制手段。如對加熱爐植入平衡進行現代化管控。確保加熱爐的熱效應及基礎原料不變，對加熱爐管道流量進行靈活調控，使加熱爐支路溫度數值處于合理狀態下。在溫度控制過程中，還應當有效規避管道溫度升溫情況，最大限度延長加熱爐運行壽命。對加熱爐的爐口溫度進行前饋控制，避免加熱爐在運行時被各類因素干擾。對加熱爐的提降量進行控制，在爐內流量數據出現變化的情況下，應當配合使用先進控制技術手段，使加熱爐的流量只處于恒定狀態，確保加熱爐始終處于最佳溫度。

2.2 在分餾塔控制中的應用

分流塔回流取熱環節使用先進控制技術，能夠更好實現分流塔取熱目標。借助預測控制手段，對協調層設計方案進行切實優化。掌握分餾塔各運行時間段的最熱化及最高取熱數值。在最高數值保持恒定的同時，使取熱必維持在標準區域內，對回流取熱進行全程管控，從根本上提升煉油化工產品生產水平。

2.3 在粗汽油干點與輕柴油傾點質量卡邊控制中的應用

在煉油化工生產期間，粗汽油干點與輕汽油傾點卡邊質量控制工作主要采用神經元網絡控制技術。由于粗汽油干點與輕柴油傾點之間存在非線性關系，在二者對應溫度較高的情況下，質量點的具體數值也會較高。在對應油氣壓較高時，質量點的數值會相對下降。利用神經元網絡控制技術的權重分配手段，可以給予以獲得的經驗化數值及具體參數實現全程管控目標。借助樣本學習法，對數據進行計算及調整，獲得確定軟測量值。

2.4 在原蒸餾塔優化及建模中的應用

原煉油化工蒸餾塔模型采用平衡級模型構建手段，此種建模方式存在一定的特殊性，缺乏兩項物流支持。為從根本上保障原蒸餾塔優化及建模技術手段，還需要配合使用先進控制方式，對平衡級模型進行規范化處理。靈活使用不同方程組求解手段，控制不同求解方式的偏差情況。

3 結語

總而言之，通過將先進控制技術應用在煉油化工生產環節，能夠有效控制煉油化工生產期間的技術參數，最大限度消除生產設備運行期間的故障隱患問題。相較于發達國家而言，我國煉油化工行業先進控制技術的應用尚且處于起步階段，部分線性控制技術依然需要依靠國外經驗及設備支持。因此為進一步增強煉油化工行業生產綜合效益，還需要在先進控制技術的研發過程中投入充足支撐力，結合現有煉油化工發展趨勢，設計出功能完善的先進控制技術體系。