實時優(yōu)化_RTO_技術在燕山乙烯裝置的工業(yè)應用_劉志文

1、Column：自動化軟件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，侯晶實時優(yōu)化（RTQ）技術在燕山乙烯裝 置的工業(yè)應用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技術在燕山乙烯裝置 上的運行平臺搭建及閉環(huán)應用情況，并初步評價了運行效果。關鍵詞：實時優(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)過兩次改擴建 后，燕山乙烯裝置實現(xiàn)了目前“兩頭一尾”流程，年產(chǎn)（即8000小時/年）乙烯能力達到71萬噸級的規(guī)模。2實時優(yōu)化（RTO）技術實施背景當前，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解決生產(chǎn)實際問題，一些成熟的軟件和硬件技術的應用已經(jīng) 為企業(yè)經(jīng)濟效益的提升提供了潛力巨大的、空間廣闊的平臺，成 為企業(yè)技術進步中一項投入少、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)。在技術條件層面上燕山乙烯裝置已實現(xiàn)了全流程的先進過程控制（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)，具備了應用RTO技術的條件。3實時優(yōu)化技術及控制系統(tǒng)介紹實時優(yōu)化（RTO）技術是利用Aspen Plus的機理模型和Aspen Online在線優(yōu)化技術，并充分融合生產(chǎn)裝置工藝技術人員實踐經(jīng) 驗，通過技術方和應用方密切合作共同實施的。燕山乙烯裝置 RTO系統(tǒng)由應用軟件和硬件平臺兩大部分組 成，以全裝置的靜態(tài)機理模型作為計算和優(yōu)化的基礎，通過安全 可靠的通訊運行機制，與APC、DCS實時連接，形成閉環(huán)的實時優(yōu)化控制體系。3.1系統(tǒng)軟件構成（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 理求解的優(yōu)化模式。通過嚴格的工藝計算，根據(jù)原輔材料的量價數(shù)據(jù)，按照效益最大化目標方程，計算出一套優(yōu)化控制參數(shù)，作 為APC的外部目標值，通過 APC改變DCS中常規(guī)控制回路中的設 定值或閥位開度，最終實現(xiàn)閉環(huán)實時優(yōu)化。（2）APC :先進過程控制，使用的是 AspenTech的DMCplus， 該控制軟件是基于多變量控制技術，以描述獨立變量（包括操作變量MV和前饋變量FF）和非獨立變量（被控變量 CV）關系的模型曲 線來表征過程的動態(tài)特

5、性及穩(wěn)態(tài)增益，通過改變DCS中常規(guī)控制回路中的設定值或閥位開度，最終實現(xiàn)閉環(huán)控制。（3） lnfoPlus.21 :實時數(shù)據(jù)庫，可直接與DCS進行數(shù)據(jù)通 訊，為RTO提供數(shù)據(jù)支持平臺。3.2系統(tǒng)硬件構成燕山乙烯裝置實時優(yōu)化和先進過程控制的硬件采用四臺惠普的服務器做上位機，運行 Windows 2003 Server操作系統(tǒng)。裝置DCS為YOKOGAWA 的CENTUM CS3000，上位機和 DCS之間采用Aspen開發(fā)的通訊接口軟件 CIM-IO以Client / Server 結構進行雙向通訊。四臺服務器分工各有不同，YSHYRTO運行Aspen Plus RTO和 Aspen Onlin

6、e ; LJDMC 運行 DMCplus ; LJWEB 運行 InfoPlus.21 和SPYRO ; LJDMCWatch運行Aspen Watch。四臺服務器均采用TCP/IP協(xié)議相互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)優(yōu)化控制的各種功能。乙烯裝置優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件構成如圖1所示乙烯裝置優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件構成簡圖圖1圖3 Aspen Online人機界面3.3系統(tǒng)框架結構實時優(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用于建模和模擬計算。(1)靜態(tài)機理模型(Aspen Plus)燕山乙烯裝置的實時優(yōu)化控制系統(tǒng)(RTO)在

7、實施的過程中共開發(fā)建立了 1個裝置模型、6個子模型和38個單元模型。這些靜態(tài)圖4 RTO優(yōu)化參數(shù)總覽機理模型分為三層，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)測和管理優(yōu)化計算周期等任務。RTO的運算過程如圖2所示。MA寸3MillIfrfa*z 1Jb NJ* 黑2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉圖

8、2 RTO運算過程框圖3.4系統(tǒng)人機界面(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運行信息總貌在RTO人機界面中包含豐富的 RTO運行信息，通過這些信息工 程技術人員及操作人員可以直觀地了解RTO運行狀態(tài)及優(yōu)化細節(jié)，并對一段長時間內(nèi)RTO的總體運行概況有所掌握。在出現(xiàn)異常狀況 時，可以盡快著手對靜態(tài)模型運算、數(shù)據(jù)通訊、界面顯示等可能出 現(xiàn)的問題進行調(diào)整和修正，方便工程師日常監(jiān)測和運維。3.5典型控制回路優(yōu)化值的運行情況實時優(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、實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉Column自動化軟件圖6 RTO優(yōu)化輸出參數(shù)表提升裝置運行績效是當前燕山乙烯裝置的主要任務和目標，這與RTO的目標方程一致，在整體優(yōu)化結果的體現(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)實施初期效果。說明相關優(yōu)化點輸出值（橙色線）與DCS中的工藝測量值（藍色線）的變化趨勢截圖。（1裂解爐總進料量圖7進料量變化趨勢圖圖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型裂解爐總進料量優(yōu)化值與工藝測量值的變化趨勢圖，在優(yōu)化目標值發(fā)生或高或低的變化時， 通過APC和DCS控制的總進料量跟蹤變化明顯、量差微小，說明 該優(yōu)化目標實現(xiàn)了閉環(huán)控制且運行情況良好。（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 圖，在優(yōu)化目標值整體呈現(xiàn)降低趨勢時，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)化目標實現(xiàn)了閉環(huán) 控制且運行情況良好。4初步效果RTO是在綜合考慮經(jīng)濟信息、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)濟效益。RTO運行的環(huán)境創(chuàng)建、模型建立、平

11、臺搭建、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)、科學嚴謹同時也是具 備經(jīng)驗性和靈活性的，與燕山乙烯裝置現(xiàn)有工藝流程貼合度高、 工藝原理適用性強且優(yōu)化程序邏輯嚴密，實時優(yōu)化結果可信。從圖9、10可以看出，每小時優(yōu)化總效益提升值約500元1500元，說明RTO技術已經(jīng)在燕山乙烯裝置上實現(xiàn)了工業(yè)應用且 初顯成效。接下來進一步優(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（外部目標值）的限制、減少制約，以 便為目標方程（即效益最大化方程）的運算與實施爭取最佳/最大空間，最終實現(xiàn)效益提升最大化。5結語燕山乙烯裝置工藝過程復雜，實時優(yōu)化控制模型涉及乙烯裝置全部生產(chǎn)過程，包括裂解爐、壓縮機等關鍵設備，并考慮設備不同的運行狀態(tài)，如裂解爐的運行/清焦/熱備/停爐等，反應器的使用/再生等各類工況，整個模型共建立49個AspenPlus GUI圖形, 2735個掃描點，67個