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优化控制在DCS中的实现

互联网 2013-12-13 10:12:28

[导读] ARGG是石油加工中的重要装置,它的运行状态直接影响到各轻质油品的收率和装置的经济效益,因此,国内外都投入大量的人力、物力开发了各种催化裂化装置的先进控制系统。如DMC公司在FCCU上应用动态矩阵控制,HONEYWELL PROFIMATICS公司的鲁棒预测控制等。

1、问题的提出

ARGG是石油加工中的重要装置,它的运行状态直接影响到各轻质油品的收率和装置的经济效益,因此,国内外都投入大量的人力、物力开发了各种催化裂化装置的先进控制系统。如DMC公司在FCCU上应用动态矩阵控制,HONEYWELL PROFIMATICS公司的鲁棒预测控制等。

巴陵石化烯烃厂的ARGG装置采用的是HONEYWELL公司的TPS/DCS集散控制系统,在控制方案上仍以传统的单回路控制为主。显然,充分利用现有设备,采用新的控制手段是提高装置的生产能力、生产效率和加工应变能力的一条捷径。近十几年来,控制技术的发展和成熟,以及新型DCS的采用,使得该催化裂化装置应用这些新技术成为可能和必要。

通过考察,对比国内外的各种优化控制方案,决定和北京优化佳公司合作,采用相关积分法对ARGG装置进行优化控制。

2、基本结构

优化控制系统由两部分组成:工艺监控软件和优化控制软件,工艺监控软件安装在DCS操作站上,采用HONEYWELL DCS的流程图组态软件(Display Builder),制作了包括催化裂化实时优化控制系统、原料/产品单价表、汽油干点和烯烃含量软测量三幅流程图,并编写了大量的BasicScript 程序,用以实现优化控制自动投用和应急切除优化程序。主要作用是进行优化参数的显示和优化值的修改,这样在每一台操作站上都可以显示和修改优化参数。优化控制软件安装在APP节点上,APP节点的主要功能是构成OPC SERVER ,作为优化控制软件和DCS控制站通讯的桥梁。优化控制软件通过OPC CLINET方式访问APP节点,采集所需要的工艺参数,并通过计算处理,再把数据送回给DCS。它包括收率计算主程序、干气预提升方案优化主程序、蒸汽预提升方案优化主程序、催化剂加料优化主程序、汽油干点软测量程序、烯烃含量软测量程序等6个程序,每个程序具有独立的功能和操作界面,这样可以根据需要投用其中的几个或全部程序,提高了系统的可靠性。而工艺监控软件和优化控制软件数据的交换主要是通过在DCS中组态大量的软件点,包括浮点数和布尔数,这样操作站可以访问和修改这些数,优化控制软件也可以访问和修改这些数。

优化系统基本结构图

 

3、主要功能实现

(1)、优化控制系统的实现

此优化控制系统采用相关积分法,实现了四种优化方案,选取了九个优化变量,通过优化系统自动改变闭环控制回路的给定值,来达到优化控制的目的。

根据目前油品销售的市场情况,考虑到催化裂化加工方案的多变性,综合催化裂化的目前工艺设备条件,要求整个优化系统能适应不同的加工原料和生产不同的主要产品。优化控制系统具有四种优化方案:

l 以液态烃为主产品的优化方案

l 以汽油为主产品的优化方案

l 以柴油为主产品的优化方案

l 装置总经济效益的优化方案

以及两种工艺:

l 蒸汽预提升工艺

l 干气预提升工艺

在选择优化变量时,主要考虑反应再生部分工艺中的重要的、易于控制的变量。在ARGG装置中,取以下几个变量作为在线优化变量

l 提升管出口温度

l 预提升蒸汽流量(干气提升加工方案)

l 预提升干气流量(蒸汽预提升加工方案)

l 进料温度

l 终止剂流量

l 回炼汽油比

l 回炼油流量

l 回炼油浆流量

l 新催化剂加料占宽比

具体实现如下:对每一个优化变量,首先建立两个软件点,一个布尔数和一个浮点数,布尔数作为优化开关判断优化是否启动,浮点数作为优化程序计算出来的设定值,然后修改控制回路的组态 ,由单回路控制改为串极回路控制。在优化没有启动时,即优化开关为“AUTO”状态,控制回路由操作员根据工艺情况在操作站上设定给定值(SP),在优化投用以后,即优化开关为“CAS”状态时,由优化程序提供给定值作为控制回路的设定值,为了提高优化系统的可靠性,保证安全和过程的正常运作,所有的优化变量只能在某一许可范围内变化,对每一个优化变量都设置了上界和下界,这样可以在设定范围内进行“卡边”操作。

 


优化控制方法

(2)、软测量的实现

汽油干点和汽油烯烃含量是催化裂化产品的重要指标,关系到主要产品的质量。在以前的操作中,这两个指标都是通过化验室的人工化验得到,每四个小时一次,滞后很大。为了更好的控制产品的质量,本项目中采用软测量技术来解决这个问题。

汽油干点和汽油烯烃含量的软测量采用了北京优化佳公司的产品:General Soft Sensor for DCS (简称GSS)。该产品是一种通用的软测量传感器,可适用于各种难以用硬件测量的变量的传感。GSS具有模型自动校正,动态补偿,系统状态自动判断,实时数据库等一系列的功能。可以通过组态来构成所需要的各种软测量系统。

根据以上汽油干点和汽油烯烃含量的数学模型,将它们输入GSS,很容易地构成了这两个指标的软测量。软测量传感器每4小时用实验室的分析结果效验一次,GSS自动根据效验的误差酌情对数学模型进行修正。

(3)、催化剂小型加料系统的实现

烯烃厂催化剂小型加料系统提供三种加料方式:

A、 全自动加料方式:由ARGG优化软件自动设置加料时间和间隔时间;

B、 半自动加料方式:在全自动加料方式时,可以手动设置加料时间,这时执行手动加料,手动加料时间到后,继续执行自动加料过程;

C、 手动状态:停止自动加料过程,这时操作员可以在流程图上开关加料球阀,执行加料过程。

其加料程序采用HONEYWELL DCS的编程语言CL语言编写,CL程序运行在控制站,其可靠性高,而且可以直接在DCS操作站上显示加料过程和时间,减少了对加料系统现场巡检的工作量。程序逻辑框图如下:

 


4、结束语

经过一段时间的投用运行,该系统性能稳定、效果明显,自适应能力强,能自动根据原油性质、不同工况自动调优;而且操作简单,简轻了操作人员的劳动强度;安全可靠性较高,优化系统对各种突发事件均做了周详地考虑,在发生数据有较大偏差与意外情况时,可以发出报警,锁定原有数据,切出优化状态,恢复人工操作,达到了优化控制的目的。

参考文献:

【1】 优化控制工程师手册

【2】 优化控制技术员手册

【3】 Honeywell DCS技术资料

[整理编辑:中国测控网]
 
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