DCS在我國(guó)石油化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用情況

1.DCS在我國(guó)大型氨廠的應(yīng)用情況

我國(guó)從70年代中期至今已經(jīng)建成投產(chǎn)的大型氨廠（含30萬(wàn)砘氨/年和20萬(wàn)噸氨/年）共計(jì)22個(gè)，其中有兩套國(guó)產(chǎn)化裝置和20套引進(jìn)裝置，“八五”在建的裝置10套。從1984年云南天然氣化工廠使用TDC-3000BASIC系統(tǒng)對(duì)合成氨生產(chǎn)自控改造開(kāi)始，大型氨廠DCS應(yīng)用歷經(jīng)10年，現(xiàn)在有19個(gè)廠在合成、尿素、水處理、普里森等裝置中使用了35套DCS，僅剩下寧夏化肥廠、湖北化肥廠、山西化肥廠仍沿用模擬儀表控制。

在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用上也成績(jī)顯著，表現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

（1）普及推廣了四套節(jié)能控制系統(tǒng)

四套節(jié)能控制系統(tǒng)指氣頭廠合成氨生產(chǎn)過(guò)程的水碳比值控制系統(tǒng)（控制原料氣CH[，4]量和蒸汽量）、氫氮比控制系統(tǒng)（控制空氣量）、一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度控制系統(tǒng)（控制燃料量）、馳放氣組分壓力控制系統(tǒng)（控制馳放氣量）。四套控制系統(tǒng)是 80年代初，川化、盧天化、云天化等企業(yè)研究開(kāi)發(fā)，在此基礎(chǔ)上，各廠采用DCS以后，又把它們不斷完善創(chuàng)新，現(xiàn)已普及，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)能降耗帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如川化年增產(chǎn)合成氨5435.1噸，年節(jié)約天然氣604.8萬(wàn)立方米。盧天化在相同原料氣消耗條件下可增產(chǎn)氨1.15%。滄化每噸氨能耗下降 0.293百萬(wàn)大卡，增產(chǎn)2.9%。

以石腦油或渣油為原料的各家氨廠開(kāi)發(fā)的以爐溫（或出爐氣體成份）為主環(huán)，以氧油比、蒸汽油比比值調(diào)節(jié)為副環(huán)節(jié)能控制回路，別具風(fēng)格，應(yīng)用后效益顯著。

（2）在尿素裝置上采用多變量先進(jìn)控制（MUVAC）

MUVAC的基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)是找出尿素生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)之間的相互聯(lián)系，依靠DCS控制裝置，用串級(jí)、前饋、比值、均勻、超馳、增益自適應(yīng)PID等控制策略，使得關(guān)鍵參數(shù)變化時(shí)，其它參數(shù)隨之自動(dòng)調(diào)整，盡量減少人為干擾，從而達(dá)到安全穩(wěn)定，節(jié)能增產(chǎn)的目的。該項(xiàng)技術(shù)首先在大慶化肥廠實(shí)現(xiàn)，取得滿意效果，目前滄化、遼化等也在實(shí)施中。

（3）操作優(yōu)化

四川化工總廠承擔(dān)了“七五”國(guó)家科技攻關(guān)課題“合成氨裝置生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)控”，用SPECTRUM系統(tǒng)和IBM-PC/XT上位機(jī)，對(duì)合成氨觸媒溫度、水碳比、氫氮比等回路，經(jīng)過(guò)象測(cè)試、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)處理，建立單元對(duì)象數(shù)學(xué)模型，實(shí)施局部?jī)?yōu)化控制。該項(xiàng)目通過(guò)了國(guó)家技術(shù)鑒定。這種以兩級(jí)計(jì)算機(jī)閉環(huán)優(yōu)化實(shí)施控制系統(tǒng)的研究成功，使我國(guó)大型氨廠計(jì)算機(jī)控制水平處于世界領(lǐng)先地位。

2.DCS在我國(guó)中型氨廠的應(yīng)用情況

我國(guó)共有中型氨廠55個(gè)，其中以油、氣為原料的21個(gè)，以煤為原料的34個(gè)。這些氨廠多數(shù)在60年代和70年代建廠，通過(guò)改造擴(kuò)建，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，是我國(guó)氮肥行業(yè)的中堅(jiān)。自從1981年吉化化肥廠使用CENTUM-A系統(tǒng)實(shí)施自控改造以后，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的熱潮興起，中型氨廠DCS應(yīng)用發(fā)展迅速。根據(jù)1992年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，已有27家中型氨廠購(gòu)買(mǎi)安裝了37套不同型號(hào)的DCS，有近50%中型氨廠使用DCS，可見(jiàn)80年代是我國(guó)中型氨廠自控發(fā)展史上的飛躍時(shí)期。

中型氨廠DCS應(yīng)用按照裝置小容量多機(jī)組的工藝特點(diǎn)，基本是在一個(gè)車(chē)間安裝一套DCS，操作站設(shè)置在車(chē)間控制室，分別在造氣、變換、合成、尿素等車(chē)間使用，個(gè)別廠為了加強(qiáng)管理，在調(diào)度室安裝了操作站CRT顯示屏。其控制規(guī)模為：模擬量輸入100～150點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量 30～50點(diǎn)，控制回路30～40個(gè)。全流程過(guò)程控制共計(jì)研究開(kāi)發(fā)了20個(gè)節(jié)能控制系統(tǒng)，并用DCS控制。20個(gè)控制系統(tǒng)是：煤造氣自動(dòng)順序控制、重油氣化爐帶溫度（或出口氣成份）校正的雙交叉限幅氧油比控制、煤造氣爐蒸汽流量控制、油氣化爐自動(dòng)開(kāi)停車(chē)順序控制、飽和熱水塔出口溫度極值控制、氫氮比控制、氨合成塔觸媒層溫度控制、惰性氣體-壓力超馳控制、氨蒸發(fā)器出口溫度-液面超馳控制、三大高壓液位控制、氨合成塔群負(fù)荷分配控制、尿素合成塔NH[，3]/CO[，2]控制、H[，2]O/CO控制、脫碳塔O[，2]/CO[，2]控制、空分裝置順序控制。

蘭化公司化肥廠用ICC-6000系統(tǒng)和上位機(jī)，對(duì)合成塔觸媒層溫度、循環(huán)氣吹除、H[，2]/N[，2]及負(fù)荷分配等控制回路進(jìn)行二級(jí)計(jì)算機(jī)局部?jī)?yōu)化控制進(jìn)行試驗(yàn)，取得成功，并通過(guò)技術(shù)鑒定。

中型氨廠普遍認(rèn)為：DCS投運(yùn)后，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了操作環(huán)境，穩(wěn)定了工藝生產(chǎn)，提高了操作精度，達(dá)到了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)能降耗的目的。據(jù)調(diào)查各中型氨廠DCS應(yīng)用，每套年經(jīng)濟(jì)效益在60～200萬(wàn)元不等。

3.煉油廠DCS應(yīng)用情況

自從1983年高橋石化公司煉油廠引進(jìn)SPECTRUM系統(tǒng)用于常減壓裝置過(guò)程控制以來(lái)，我國(guó)煉油行業(yè)相繼有20多家企業(yè)用DCS進(jìn)行自控改造。高橋石化公司煉油廠與浙江大學(xué)合作，以DCS、單回路調(diào)節(jié)器和FOX-300、IBM-S/I為上位機(jī)，在不同的裝置上建立數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)施局域優(yōu)化控制，取得了314萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

廣州石化總廠煉油廠與北京石油化工科學(xué)院合作，在PROOVOX系統(tǒng)的上位機(jī)HP1000A700上用FORTRAN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了LQG自校正控制軟件，于1988年投入使用。它可以作為DCS的一個(gè)通用控制模塊，對(duì)DCS管理之下的多個(gè)控制回路實(shí)施LQG自校正控制。LQG自校正算法通常適用于被控對(duì)象結(jié)構(gòu)已知，但參數(shù)未知的情況。自校正系統(tǒng)將在線辨識(shí)和控制器的設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在運(yùn)行過(guò)程中，首先進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，然后根據(jù)辨識(shí)結(jié)果修改控制器參數(shù)，達(dá)到消除干擾之目的。LQG自校正控制軟件，用于常壓塔塔頂溫度控制，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)50萬(wàn)元。

大連石油化工公司，在蒸餾裝置上使用OPTROL7000上位機(jī)和SPECTRUM系統(tǒng)，引進(jìn)美國(guó)通用自動(dòng)化公司（AAI）的先進(jìn)控制軟件。主要是一些先進(jìn)的控制應(yīng)用程序，如：原油預(yù)熱控制程序FO、加熱爐支路平衡及燃燒控制程序F1F2F3、初餾塔控制程序TOWERA、減壓塔控制程序 TOWERC，。分餾點(diǎn)計(jì)算是AAI公司的專(zhuān)有技術(shù)，與廠方合作開(kāi)發(fā)了初餾塔、常壓塔、減壓塔分餾點(diǎn)控制程序。分餾點(diǎn)計(jì)算是根據(jù)已知原油實(shí)沸點(diǎn)（TBP） 曲線和塔的各傾線產(chǎn)品的實(shí)沸點(diǎn)曲線，實(shí)時(shí)采集塔的各部溫度、壓力、進(jìn)塔出塔物流的流量等參數(shù)、將塔分段，進(jìn)行各段上的物料平衡、熱平衡計(jì)算，得到塔內(nèi)的液相流量和汽相流量，從而算出抽出產(chǎn)品的分餾點(diǎn)。分餾點(diǎn)計(jì)算在系統(tǒng)程序中每10秒鐘運(yùn)行一次，比在線分析儀表快，使調(diào)節(jié)質(zhì)量得到改善，在計(jì)算出分餾點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)間通訊方式，修改DCS系統(tǒng)中相關(guān)傾線流量控制模塊的給定值，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制（SPC）。

加熱爐出口溫度控制是由基本控制器（UCM）進(jìn)行。用上位機(jī)對(duì)爐膛溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，求出一個(gè)較為理想的真實(shí)爐膛溫度，輸出給UCM，從而實(shí)現(xiàn)了爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)調(diào)節(jié)。由于爐膛溫度的反應(yīng)比爐出口溫度快，所以在實(shí)際應(yīng)用上大大改善了出口溫度控制效果。

大型加熱爐燃燒控制是節(jié)能顯著的控制系統(tǒng)，各DCS應(yīng)用企業(yè)都開(kāi)發(fā)了應(yīng)用軟件。有的根據(jù)煙道氯氧含量進(jìn)行燃燒熱效率計(jì)算和顯示，再根據(jù)氧含量和算出的熱效率去控制入爐空氣量，保持低殘氧燃燒，以達(dá)到節(jié)能的目的。

蘭州煉油化工總廠2#常減壓裝置采用了I/A.S系統(tǒng)，不僅進(jìn)行常規(guī)控制，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程操作優(yōu)化，并且將DCS與生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)VAX8350通迅聯(lián)網(wǎng)，2#裝置DCS過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已成為全廠信息管理系統(tǒng)（MIS）的一部分。

我國(guó)應(yīng)用DCS的煉油廠，除在常減壓裝置實(shí)施DCS高級(jí)軟件控制外，在催化裂化、催化重整、加氫精制、油品調(diào)合等方面均開(kāi)發(fā)了節(jié)能顯著的復(fù)雜控制系統(tǒng)，在此不予贅述。

4.DCS在乙烯裝置上的應(yīng)用情況

典型的石化工工藝是以石油為原料，通過(guò)初初餾、裂解、分離、聚合等工藝過(guò)程生產(chǎn)各類(lèi)石油化工產(chǎn)品，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、合成橡校、乙二醇、丙烯腈、聚脂等。我國(guó)建成投產(chǎn)的20多個(gè)乙烯廠均為典型的石油化工工藝。自從1983年燕山石化公司前進(jìn)化工廠乙烯裂解裝置采用CENTUM-A系統(tǒng)進(jìn)行自控改造至今，已有14家企業(yè)76套DCS用于生產(chǎn)過(guò)程控制，可見(jiàn)DCS在石化企業(yè)中推廣應(yīng)用之快、應(yīng)用數(shù)量之多為各行業(yè)之首。從石化企業(yè)十年DCS應(yīng)用情況來(lái)看，一般分為二步實(shí)施。第一步使用DCS改善常規(guī)調(diào)節(jié)控制品質(zhì)，滿足生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，為高層次應(yīng)用開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。第二步通過(guò)現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，機(jī)理模型的研究，開(kāi)發(fā)優(yōu)化操作應(yīng)用軟件、專(zhuān)家系統(tǒng)等，采用先進(jìn)控制策略，實(shí)施計(jì)算機(jī)二級(jí)優(yōu)化控制。目前石化企業(yè)DCS應(yīng)用多數(shù)仍處于前者。

燕山石化公司1983年引進(jìn)CENTUM-A系統(tǒng)對(duì)12個(gè)乙烯裂解爐進(jìn)行自控改造，DCS實(shí)現(xiàn)了爐管出口溫度控制、乙烷裂解爐油壓超馳控制和在線清焦自動(dòng)控制。1987年以CENTUM-B系統(tǒng)為下位機(jī)，DEADE計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，用于控制節(jié)能技術(shù)改造后的BA-109、BA-110兩臺(tái)裂解爐和乙炔加氫反應(yīng)器，實(shí)施二級(jí)計(jì)算機(jī)優(yōu)化操作。裂解爐控制，選擇4個(gè)爐出口溫度之一，通過(guò)調(diào)節(jié)側(cè)壁和底部燃料量控制溫度，側(cè)壁和底部燃料量與強(qiáng)制通風(fēng)量實(shí)行比率控制，進(jìn)料量和稀釋蒸汽量也實(shí)行比率控制。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制方案對(duì)流量調(diào)節(jié)器實(shí)施SPC監(jiān)督控制?？刂颇繕?biāo)為：

維持裂解爐系統(tǒng)安全運(yùn)行。

維持所希望的最佳轉(zhuǎn)化率，使各組爐管之間溫差最小。

維持合理的進(jìn)料油氣比。

維持所要求的總投油量。

通過(guò)氧量控制，維持理想的空燃比，使熱損失最小。

1991年該公司新建成0號(hào)裂解爐，使用CENTUM-B系統(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。應(yīng)用軟件由該公司和北京市儀表局成套公司合作開(kāi)發(fā)，綜合了DECADE 計(jì)算機(jī)裂解爐控制方案（美國(guó)SIMCON公司）、遼陽(yáng)乙烯裂解爐CENTUM高級(jí)控制方案（法國(guó)石油公司）、盤(pán)錦乙烯裂解爐CENTUM高級(jí)控制方案（日本東洋工程公司）以及國(guó)外大型鍋爐ABC （AUTOMATIC BOILER CONTROR）控制方案的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了0號(hào)裂解爐高級(jí)控制方案。建立裂解爐解耦控制模型，設(shè)計(jì)了總進(jìn)料量和裂解爐出口溫度（COT）偏差控制（含進(jìn)料量和稀釋蒸汽的交叉控制、最小稀釋蒸汽量控制、總進(jìn)料量控制）、深度和 COT控制、雙交叉限幅燃燒控制、煙道氣殘氧含量控制、巴期夫在線清焦程序控制。這些高級(jí)控制回路達(dá)到的目標(biāo)為COT偏差在1℃以內(nèi)，穩(wěn)定總進(jìn)料量、煙道氣氧含量2～3%，保持爐熱效率93%左右，穩(wěn)定裂解爐爐轉(zhuǎn)化度提高三烯收率，大大提高了乙烯裝置的綜合效益。

揚(yáng)子石化公司、齊魯石化公司、上海石化總廠三套30萬(wàn)噸/年乙烯裝置、DCS和應(yīng)用軟件均引進(jìn)國(guó)外設(shè)備和技術(shù)。大慶石化總廠新擴(kuò)建的H號(hào)裂解爐的控制裝備采用CENTUM-B系統(tǒng)，引進(jìn)了13套高級(jí)控制應(yīng)用軟件，這些應(yīng)用軟件均以提高三烯收率為目的。

5.聚氯乙烯（PVC）裝置中DCS的應(yīng)用情況

我國(guó)PVC生產(chǎn)有國(guó)產(chǎn)裝置，也有引進(jìn)裝置，全國(guó)有60多個(gè)生產(chǎn)廠。有乙炔與氯化氫反應(yīng)生產(chǎn)法和乙烯氧氯化法兩種流程。根據(jù)所掌握資料統(tǒng)計(jì)，有14個(gè) PVC裝置上使用DCS。PVC聚合屬間歇生產(chǎn)過(guò)程，主要是原料配比、加料、升溫、聚合、出料邏輯順序控制、聚合釜溫度壓力控制和后處理分離、精制控制。

在PVC生產(chǎn)過(guò)程中，順序控制占有很在比重，有近百個(gè)切斷閥，幾十個(gè)泵、馬達(dá)、開(kāi)關(guān)按照不同的生產(chǎn)要求和時(shí)間順序啟動(dòng)關(guān)閉。DCS控制單元同時(shí)具有反饋模擬控制的順序控制。PVC生產(chǎn)可以根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整配方生產(chǎn)多品種多型號(hào)的產(chǎn)品。因配方改變控制方案隨之改變。裝置的生產(chǎn)靈活性也是間歇過(guò)程特有的要求。DCS豐富的計(jì)算功能、邏輯功能和通訊能力，為PVC多品種生產(chǎn)提供了便利。

PVC聚合溫度按照嚴(yán)格的溫度曲線實(shí)行控制，DCS邏輯功能和反饋控制的巧妙結(jié)合，將聚合溫度偏差控制在0.02～0.06℃范圍內(nèi)，同時(shí)方便了操作，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。隨著DCS在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，一些優(yōu)化控制軟件也應(yīng)運(yùn)而生。