1、Column：自動(dòng)化軟件2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司化工一廠文u志文，侯晶實(shí)時(shí)優(yōu)化（RTQ）技術(shù)在燕山乙烯裝 置的工業(yè)應(yīng)用2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉摘要：本文主要從使用角度介紹了 Aspen公司的RTO技術(shù)在燕山乙烯裝置 上的運(yùn)行平臺(tái)搭建及閉環(huán)應(yīng)用情況，并初步評(píng)價(jià)了運(yùn)行效果。關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO乙烯裝置；Aspen1燕山乙烯裝置簡介北京燕山石化化工一廠乙烯裝置以輕柴油為原

2、料，經(jīng)過裂解、急冷、壓縮、分離等工藝過程，生產(chǎn)出高純度乙烯、丙烯產(chǎn) 品和氫氣、液化氣、碳四、碳五、裂解汽油、裂解輕柴油、裂解 燃料油等副產(chǎn)品，為下游生產(chǎn)裝置提供原料。經(jīng)過兩次改擴(kuò)建 后，燕山乙烯裝置實(shí)現(xiàn)了目前“兩頭一尾”流程，年產(chǎn)（即8000小時(shí)/年）乙烯能力達(dá)到71萬噸級(jí)的規(guī)模。2實(shí)時(shí)優(yōu)化（RTO）技術(shù)實(shí)施背景當(dāng)前，國外大型的石油化工企業(yè)正在越來越深入地利用信息技術(shù)解決生產(chǎn)實(shí)際問題，一些成熟的軟件和硬件技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng) 為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升提供了潛力巨大的、空間廣闊的平臺(tái)，成 為企業(yè)技術(shù)進(jìn)步中一項(xiàng)投入少、增效快的重要措施。乙烯是石化產(chǎn)品中最為重要的中間產(chǎn)品，從乙烯生產(chǎn)中不斷挖潛增效的能力是石化

3、企業(yè)競爭力的重要體現(xiàn)。在技術(shù)條件層面上燕山乙烯裝置已實(shí)現(xiàn)了全流程的先進(jìn)過程控制（APC），儀表自控率和聯(lián)鎖系統(tǒng)的投用率較高，生產(chǎn)安全平穩(wěn)，具備了應(yīng)用RTO技術(shù)的條件。3實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)及控制系統(tǒng)介紹實(shí)時(shí)優(yōu)化（RTO）技術(shù)是利用Aspen Plus的機(jī)理模型和Aspen Online在線優(yōu)化技術(shù)，并充分融合生產(chǎn)裝置工藝技術(shù)人員實(shí)踐經(jīng) 驗(yàn)，通過技術(shù)方和應(yīng)用方密切合作共同實(shí)施的。燕山乙烯裝置 RTO系統(tǒng)由應(yīng)用軟件和硬件平臺(tái)兩大部分組 成，以全裝置的靜態(tài)機(jī)理模型作為計(jì)算和優(yōu)化的基礎(chǔ)，通過安全 可靠的通訊運(yùn)行機(jī)制，與APC、DCS實(shí)時(shí)連接，形成閉環(huán)的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制體系。3.1系統(tǒng)軟件構(gòu)成（1）Aspen Pl

4、us RTO 和 Aspen Online :燕山乙烯裝置的 RTO 使用了 AspenTech的MSC Suite，該套軟件使用了基于 AspenPlus機(jī) 理求解的優(yōu)化模式。通過嚴(yán)格的工藝計(jì)算，根據(jù)原輔材料的量價(jià)數(shù)據(jù)，按照效益最大化目標(biāo)方程，計(jì)算出一套優(yōu)化控制參數(shù)，作 為APC的外部目標(biāo)值，通過 APC改變DCS中常規(guī)控制回路中的設(shè) 定值或閥位開度，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時(shí)優(yōu)化。（2）APC :先進(jìn)過程控制，使用的是 AspenTech的DMCplus， 該控制軟件是基于多變量控制技術(shù)，以描述獨(dú)立變量（包括操作變量MV和前饋?zhàn)兞縁F）和非獨(dú)立變量（被控變量 CV）關(guān)系的模型曲 線來表征過程的動(dòng)態(tài)特

5、性及穩(wěn)態(tài)增益，通過改變DCS中常規(guī)控制回路中的設(shè)定值或閥位開度，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。（3） lnfoPlus.21 :實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，可直接與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)通 訊，為RTO提供數(shù)據(jù)支持平臺(tái)。3.2系統(tǒng)硬件構(gòu)成燕山乙烯裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化和先進(jìn)過程控制的硬件采用四臺(tái)惠普的服務(wù)器做上位機(jī)，運(yùn)行 Windows 2003 Server操作系統(tǒng)。裝置DCS為YOKOGAWA 的CENTUM CS3000，上位機(jī)和 DCS之間采用Aspen開發(fā)的通訊接口軟件 CIM-IO以Client / Server 結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙向通訊。四臺(tái)服務(wù)器分工各有不同，YSHYRTO運(yùn)行Aspen Plus RTO和 Aspen Onlin

6、e ; LJDMC 運(yùn)行 DMCplus ; LJWEB 運(yùn)行 InfoPlus.21 和SPYRO ; LJDMCWatch運(yùn)行Aspen Watch。四臺(tái)服務(wù)器均采用TCP/IP協(xié)議相互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的各種功能。乙烯裝置優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示乙烯裝置優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成簡圖圖1圖3 Aspen Online人機(jī)界面3.3系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)優(yōu)化由兩部分組成，Aspen Plus RTO 和Aspen Online，用于在線優(yōu)化、數(shù)據(jù)通訊、處理，優(yōu)化周期的管理；Aspen Plus用于建模和模擬計(jì)算。(1)靜態(tài)機(jī)理模型(Aspen Plus)燕山乙烯裝置的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)(RTO)在

7、實(shí)施的過程中共開發(fā)建立了 1個(gè)裝置模型、6個(gè)子模型和38個(gè)單元模型。這些靜態(tài)圖4 RTO優(yōu)化參數(shù)總覽機(jī)理模型分為三層，層與層之間、同一層的各單元模型之間都可 以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。(2)操作員DCS操作界面操作員操作界面如圖5、圖6所示2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉(2)在線控制和管理( Aspen Online)在線控制和管理由 Aspen Online軟件完成，包括在線數(shù)據(jù)通 訊、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理優(yōu)化計(jì)算周期等任務(wù)。RTO的運(yùn)算過程如圖2所示。MA寸3MillIfrfa*z 1Jb NJ* 黑2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉圖

8、2 RTO運(yùn)算過程框圖3.4系統(tǒng)人機(jī)界面(1) 工程師操作界面工程師操作界面如圖3、圖4所示。圖5 RTO運(yùn)行信息總貌在RTO人機(jī)界面中包含豐富的 RTO運(yùn)行信息，通過這些信息工 程技術(shù)人員及操作人員可以直觀地了解RTO運(yùn)行狀態(tài)及優(yōu)化細(xì)節(jié)，并對(duì)一段長時(shí)間內(nèi)RTO的總體運(yùn)行概況有所掌握。在出現(xiàn)異常狀況 時(shí)，可以盡快著手對(duì)靜態(tài)模型運(yùn)算、數(shù)據(jù)通訊、界面顯示等可能出 現(xiàn)的問題進(jìn)行調(diào)整和修正，方便工程師日常監(jiān)測(cè)和運(yùn)維。3.5典型控制回路優(yōu)化值的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)優(yōu)化控制涉及到乙烯裝置全部生產(chǎn)過程，優(yōu)化參數(shù)也 分布于所有生產(chǎn)單元，主要包括：裂解爐系統(tǒng)、裂解氣壓縮機(jī)系 統(tǒng)、冷區(qū)系統(tǒng)、熱區(qū)系統(tǒng)。以下依據(jù)為IP.21

9、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉Column自動(dòng)化軟件圖6 RTO優(yōu)化輸出參數(shù)表提升裝置運(yùn)行績效是當(dāng)前燕山乙烯裝置的主要任務(wù)和目標(biāo)，這與RTO的目標(biāo)方程一致，在整體優(yōu)化結(jié)果的體現(xiàn)上，可以通過效益曲線較為直觀地展現(xiàn)出來。以下是從每次優(yōu)化，優(yōu)化前（initial pro?t ）、優(yōu)化后（？nal pro?t ）、改變量（change pro?t） 效益曲線角度得到的RTO閉環(huán)實(shí)施初期效果。說明相關(guān)優(yōu)化點(diǎn)輸出值（橙色線）與DCS中的工藝測(cè)量值（藍(lán)色線）的變化趨勢(shì)截圖。（1裂解爐總進(jìn)料量圖7進(jìn)料量變化趨勢(shì)圖圖9優(yōu)化前與優(yōu)化后效益曲線圖7為10萬噸/年 LU

10、MMUS SL-I型裂解爐總進(jìn)料量優(yōu)化值與工藝測(cè)量值的變化趨勢(shì)圖，在優(yōu)化目標(biāo)值發(fā)生或高或低的變化時(shí)， 通過APC和DCS控制的總進(jìn)料量跟蹤變化明顯、量差微小，說明 該優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制且運(yùn)行情況良好。（2）精餾塔壓力圖10改變量效益曲線一1al:g=存圖8塔釜壓力變化趨勢(shì)圖圖8為乙烯精餾塔塔釜壓力優(yōu)化值與執(zhí)行值的變化跟蹤趨勢(shì) 圖，在優(yōu)化目標(biāo)值整體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)時(shí)，通過APC和DCS控制的塔釜壓力跟蹤變化明顯、量差較小，說明該優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán) 控制且運(yùn)行情況良好。4初步效果RTO是在綜合考慮經(jīng)濟(jì)信息、裝置物理約束和裝置自由度的 前提下，最優(yōu)化裝置的經(jīng)濟(jì)效益。RTO運(yùn)行的環(huán)境創(chuàng)建、模型建立、平

11、臺(tái)搭建、數(shù)據(jù)通訊、方 程求解等過程是環(huán)環(huán)相扣、有原則有依據(jù)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)同時(shí)也是具 備經(jīng)驗(yàn)性和靈活性的，與燕山乙烯裝置現(xiàn)有工藝流程貼合度高、 工藝原理適用性強(qiáng)且優(yōu)化程序邏輯嚴(yán)密，實(shí)時(shí)優(yōu)化結(jié)果可信。從圖9、10可以看出，每小時(shí)優(yōu)化總效益提升值約500元1500元，說明RTO技術(shù)已經(jīng)在燕山乙烯裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用且 初顯成效。接下來進(jìn)一步優(yōu)化梳理各系統(tǒng)間銜接與配合，在允許 范圍內(nèi)為放寬被優(yōu)化變量（外部目標(biāo)值）的限制、減少制約，以 便為目標(biāo)方程（即效益最大化方程）的運(yùn)算與實(shí)施爭取最佳/最大空間，最終實(shí)現(xiàn)效益提升最大化。5結(jié)語燕山乙烯裝置工藝過程復(fù)雜，實(shí)時(shí)優(yōu)化控制模型涉及乙烯裝置全部生產(chǎn)過程，包括裂解爐、壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，并考慮設(shè)備不同的運(yùn)行狀態(tài)，如裂解爐的運(yùn)行/清焦/熱備/停爐等，反應(yīng)器的使用/再生等各類工況，整個(gè)模型共建立49個(gè)AspenPlus GUI圖形, 2735個(gè)掃描點(diǎn)，67個(gè)