一種基于改進鎖相環(huán)系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測方法及一種新型的CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀

一種基于改進鎖相環(huán)系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測方法(上海交通大學電氣工程系,上海)

摘要:提出了一種基于改進鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測方法。該改進PLL系統(tǒng)是一個穩(wěn)定的相位反饋控制系統(tǒng)，產(chǎn)生的多個輸出信號可用于多種電能質(zhì)量擾動的檢測，而且對于檢測系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和電力系統(tǒng)頻率的變化是魯棒的。在敘述了它的基本特性以及電能質(zhì)量擾動檢測的基本原理后，重點闡述了該系統(tǒng)對多種電能質(zhì)量擾動檢測的實現(xiàn)，包括諧波、電壓波動、頻率偏差、電壓下跌、電壓上升、過電壓、欠電壓、瞬時脈沖、低頻、高頻振蕩和無功功率等進行檢測和分析，并為此做了大量的計算機仿真。仿真結(jié)果證明了結(jié)論的正確性，同時也表明，該檢測方法具有較好的實時性。

關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量;擾動檢測;改進的鎖相環(huán)系統(tǒng);魯棒;計算機仿真

DetectionMethodofPowerQualityDisturbanceBasedon

anImprovedPLLSystemLUGanyun,DINGYifeng,CHENGHaozhong(DepartmentofElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,

Shanghai200030,China)

Abstract:Anoveldetectionmethodofpowerqualitydisturbancebasedonanimprovedphaselocatedloop(PLL)systemisbroughtforwardinthispaper.ThePLLsystemisastablephasefeedbackcontrolsystemwithmanyusefuloutputs,anditisrobusttoitsinnerparametersandsmallchangeofinput'sbasicfrequency.Afterdescribingbasiccharacteristicsofthesystemanditsdetectionprinciple,therealizationsandeffectsofdetectionofmanykindsofpowerqualitydisturbances,suchasharmonics,voltagefluctuations,frequencydeviation,sags,swells,overvoltage,undervoltage,transientpulse,lowfrequencyoscillation,highfrequencyoscillation,andreactivepower,areanalyzedinemphases.Thesimulationresultsprovetheconclusionabove,andalsoshowthatthedetectionmethodisarealtimeone.

Keywords:powerquality;disturbancedetection;improvedPLLsystem;robust;computersimulations

1前言

近年來，電能質(zhì)量問題日益受到電力部門和用戶的重視，電能質(zhì)量的內(nèi)容不僅僅包括傳統(tǒng)的靜態(tài)電能質(zhì)量，如電網(wǎng)諧波、電壓波動和閃變、電壓偏差、三相不平衡和頻率偏差，還對動態(tài)諧波、電壓上升、電壓下跌和瞬時脈沖等一些動態(tài)電能質(zhì)量提出了新的要求。因此，有必要對電能質(zhì)量問題進行分析，并采用合理的補償措施以提高電能質(zhì)量，為此，電能質(zhì)量擾動的檢測是首先要解決的問題。

目前，電能質(zhì)量擾動的檢測方法主要有兩類，即頻域檢測法和時域檢測法。頻域檢測法主要有快速傅立葉變換（FFT）法及其改進方法［1，2］、小波變換法［3~5］和帶阻濾波器法。時域檢測法主要有基于瞬時無功功率理論的檢測方法［6，7］、同步檢測法［8］和dq變換法［9］。這些方法大部分都受電力系統(tǒng)頻率變化的影響，而且只適合于檢測上述多種靜態(tài)和動態(tài)電能質(zhì)量擾動的其中幾種擾動。本文提出一種基于改進PLL系統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測方法。該方法具有自適應性，對檢測系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和電力系統(tǒng)頻率變化有較強的魯棒性，可檢測目前最常見的一系列電能質(zhì)量干擾，而且該方法具有較好的實時性，采用Matlab的Simulink得到的仿真結(jié)果證明了結(jié)論的正確性。2檢測基本原理

本文提出的電能質(zhì)量檢測方法是在改進PLL系統(tǒng)基礎(chǔ)上展開的。該改進PLL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，和傳統(tǒng)的PLL（如圖2）一樣，它由三個基本部分組成，即鑒相器phasedetection(PD)、環(huán)路濾波器loopfilter(LF)和壓控振蕩器voltagecontrolledoscillator(VCO)，三部分形成一個閉環(huán)的相位反饋控制系統(tǒng)。該改進PLL與傳統(tǒng)PLL不同的是：傳統(tǒng)PLL的PD環(huán)節(jié)一般由一個乘法器構(gòu)成，而改進PLL系統(tǒng)的PD環(huán)節(jié)，由三個乘法器、一個積分器、一個90°相移器和一個減法器構(gòu)成；改進后的鎖相環(huán)具有多個有用的輸出信號，包括基波分量輸出信號y(t)，基波分量的幅值A(chǔ)(t)、相位φ(t)和瞬時角頻率ω(t)，以及誤差信號e(t)。它的最大特點是輸出信號y(t)與外部輸入信號u(t)的基波分量波形一致，而且兩者是同步的，即它們之間沒有相位差。利用這個特性，可以將待檢測信號中理想正弦成分和干擾成分檢測分離出來；另外，利用基波分量的幅值A(chǔ)(t)和瞬時角頻率ω(t)，可分別得到待檢測信號基波幅值和頻率的擾動，這就是該PLL系統(tǒng)檢測電能質(zhì)量擾動的基本原理。該PLL系統(tǒng)還有一個特點，就是它對于檢測系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和輸入信號頻率的變化是魯棒的，而且該PLL系統(tǒng)也是穩(wěn)定的［10］。從這些系統(tǒng)特性可知，它非常適合于眾多電能質(zhì)量擾動的檢測。3基于改進PLL系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測仿真

改進PLL系統(tǒng)可應用于目前最常見的一系列電能質(zhì)量擾動的檢測，包括諧波、電壓波動、頻率偏差、電壓下跌和電壓上升、過電壓和欠電壓、瞬時脈沖、低頻振動、高頻振動以及無功功率的檢測。本節(jié)使用Matlab的Simulink對改進PLL系統(tǒng)的各種電能質(zhì)量擾動檢測進行了仿真。為了使仿真結(jié)果圖形更可視化，文中對一些電能質(zhì)量擾動作了一定的放大，在進行系統(tǒng)頻率偏差檢測仿真時，取5%系統(tǒng)頻率偏差，電壓下跌檢測仿真時，取50%電壓下跌幅度，這可能比電力系統(tǒng)運行過程中實際存在的電能質(zhì)量擾動幅值要大。另外，仿真過程中將系統(tǒng)基本頻率標準化為1Hz,這些并不影響該改進PLL系統(tǒng)同樣適合實際存在的電能質(zhì)量擾動檢測，仿真結(jié)果可以比較好地估計改進PLL系統(tǒng)對各種電能質(zhì)量擾動的檢測性能。

3.1諧波檢測

諧波是電力系統(tǒng)最常見也是最重要的電能質(zhì)量干擾之一，諧波檢測是電力系統(tǒng)安全運行的重要部分。

下面對三種包含諧波的輸入信號進行檢測仿真，包括方波、含5次和7次諧波的輸入信號以及含3次動態(tài)諧波的輸入信號。檢測的仿真結(jié)果如圖3、4、5所示。

其中，含3次動態(tài)諧波的輸入信號為

它包含20%的固定3次諧波，10%隨時間波動3次諧波，和5%隨機變化3次諧波。

圖3、4、5仿真結(jié)果說明，對上面三種典型的包含諧波的輸入信號，改進PLL系統(tǒng)可有效地檢測分離出它的基波成分和總諧波失真成分，并且可在5個周波內(nèi)基本準確地輸出其值。

另外，檢測過程中，當系統(tǒng)基本頻率發(fā)生變化時，該PLL系統(tǒng)仍然可有效地檢測出動態(tài)諧波。設(shè)含動態(tài)諧波的輸入信號u(t)為

其中：α=0.98，表示基本頻率的變動。輸入信號和檢測到的動態(tài)諧波的波形如圖6、7所示。

圖6、7仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)基本頻率發(fā)生變化時，該PLL系統(tǒng)仍然可比較有效地檢測出動態(tài)諧波，對頻率變化有較強的魯棒性。

3.2電力系統(tǒng)頻率偏差檢測

利用改進PLL系統(tǒng)的基波分量的瞬時角頻率輸出(ωt)，經(jīng)過變換(1/2π)，可以檢測到供電系統(tǒng)的基本頻率，進而得到系統(tǒng)頻率偏差。

其中：a=0.95。

檢測的仿真結(jié)果如圖8所示，根據(jù)其輸出的系統(tǒng)基本頻率f(t)，可以得到系統(tǒng)頻率偏差為5%。這個仿真結(jié)果說明，改進PLL系統(tǒng)可以比較準確實時地檢測出系統(tǒng)頻率偏差值。

3.3電壓下跌和電壓上升的檢測

利用改進PLL系統(tǒng)的基波分量幅值A(chǔ)(t)輸出，得到待檢測信號基波幅值的擾動，不僅可對電壓波動進行檢測，還可以檢測電壓下跌、電壓上升擾動。

這里取電壓下跌擾動信號為

即0~50s時，電壓正常；50~70s時，出現(xiàn)一個50%的電壓下跌，持續(xù)時間為20個周波；最后電壓恢復正常。

取電壓上升擾動信號為

即0~50s時，電壓正常；50~70s時，出現(xiàn)一個30%的電壓上升，持續(xù)時間為20個周波；最后電壓恢復正常。

采用改進PLL系統(tǒng)進行檢測，檢測的仿真結(jié)果如圖9、圖10所示。仿真結(jié)果表明，改進PLL系統(tǒng)可瞬時檢測到電壓上升和電壓下跌擾動的發(fā)生，并且可以在5個周波內(nèi)檢測輸出這種擾動的準確值，即改進PLL系統(tǒng)可以有效地檢測持續(xù)時間為5周波以上的電壓上升和電壓下跌擾動。

上面3.1、3.2、3.3節(jié)的仿真結(jié)果表明，該改進PLL系統(tǒng)可有效地檢測諧波、電力系統(tǒng)頻率偏差、電壓下跌和電壓上升。實際上，類似的仿真實驗已證明，根據(jù)同樣的檢測原理，該系統(tǒng)還可以有效地檢測電壓波動、過電壓和欠電壓、瞬時脈沖、低頻振動、高頻振動以及無功功率。4結(jié)論

改進鎖相環(huán)系統(tǒng)的特性使它非常適合電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測，基于電能質(zhì)量擾動檢測方法，可比較準確地檢測多種電能質(zhì)量擾動。包括諧波、電壓波動、頻率偏差、電壓下跌、電壓上升、過電壓、欠電壓、瞬時脈沖、低頻振蕩、高頻振蕩以及無功功率等，而且對于檢測系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和電力系統(tǒng)頻率變化有較強的魯棒性。另外該方法還具有較好的實時性和穩(wěn)定性，這是許多其他檢測方法所無法比擬的，仿真結(jié)果證明了結(jié)論的正確性?；诟倪MPLL系統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動檢測方法是一種比較理想的電能質(zhì)量擾動檢測方法，不僅可用于電能質(zhì)量實時監(jiān)測，還可以利用檢測到的各種電能質(zhì)量擾動信號進行電力系統(tǒng)故障分析和診斷。

另外，改進鎖相環(huán)系統(tǒng)的輸出信號可實時地跟蹤外部輸入信號的基波分量，對于電力系統(tǒng)中非理想波形的電流電壓信號，該系統(tǒng)可有效地分離出信號的理想成分，且沒有相位差，這一特性使該系統(tǒng)非常適合于電力有源濾波器參考信號的獲取，筆者將另文對此進行討論。

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［11］歐陽森,王建華,宋政湘,等.一種基于dq0變換和專家系統(tǒng)的電能質(zhì)量信號辨識方法［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報,2003，15(05)：21-25一種新型的CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀摘要：研制出了一種新型的CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀，它由光譜儀系統(tǒng)、電源電路與控制系統(tǒng)、光纖及其附件與檢測流通池系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)、樣品前處理系統(tǒng)、模型界外樣品抓樣系統(tǒng)、實時光譜測量和化學計量學軟件系統(tǒng)等部分組成。在蘭州煉油廠聯(lián)合重整裝置上連續(xù)5個月的工業(yè)試驗表明，該儀表測定汽油辛烷值的準確性為0.3個辛烷值單位，重復性為0.2個辛烷值單位，具有精度高、穩(wěn)定性好、測試速度快、安全性強、自動化程度高和分析測試項目擴展性寬等特點。該儀表與APC技術(shù)或其它自動化系統(tǒng)聯(lián)用，將對石化等大型生產(chǎn)裝置的技術(shù)進步產(chǎn)生積極的推動作用。關(guān)鍵詞：在線儀表近紅外光譜儀CCD先進過程控制辛烷值1前言過程分析技術(shù)對于煉油和化工工藝生產(chǎn)控制與優(yōu)化具有重要作用[1]，然而，目前我國采用的傳統(tǒng)過程分析儀表大多是由實驗室儀器改進而來的，因測量原理所限（如冰點）：分析速度慢；精度比實驗室儀器差；一種儀表僅能測量一種參數(shù)，如需測量多種質(zhì)量參數(shù)，則需要購置多種儀表，造成設(shè)備投資過大；維護量大和頻次高。因此，目前國內(nèi)過程控制和生產(chǎn)優(yōu)化依據(jù)的數(shù)據(jù)大多是溫度、壓力和流量等參數(shù)，缺乏“直接”質(zhì)量參數(shù)如組成和物化性質(zhì)等，限制了優(yōu)化與控制作用。在線近紅外光譜分析技術(shù)是當前最先進和最有前途的過程分析技術(shù)之一。它與先進控制技術(shù)結(jié)合，可明顯提高工業(yè)生產(chǎn)效率。西方許多發(fā)達國家的石化公司，如美國Ashland、Paul、AA公司、英國BP公司、法國、日本等，都已采用了在線近紅外油品分析儀，用于原油蒸餾，汽油調(diào)合，催化裂化，催化重整，蒸汽裂解和乙烯裂解等裝置的生產(chǎn)監(jiān)測與控制[2，3]。在線測量數(shù)據(jù)及時指導工藝操作，實現(xiàn)了質(zhì)量“卡邊”控制，增加油品收率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)管理水平。在線近紅外光譜分析技術(shù)的應用為國際石化工業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，受到越來越多石化企業(yè)的青睞。但是，依靠引進國外在線近紅外分析技術(shù)尚存諸多問題：首要的問題是儀器與售后服務(wù)價格高昂。如96年某煉廠進口一臺汽油辛烷值在線分析儀的投入約500萬人民幣，維護的人工費用高（人工200美元/小時）；且更換部件和模型維護不及時，使這些在線儀表的運行狀況不夠理想；近紅外光譜分析技術(shù)能否有效工作非常依賴于校正模型。但引進的模型不僅價格昂貴，而且通常不適合國內(nèi)的油品。因為我國燃料組分主要來源于催化裂化工藝，在原料和產(chǎn)品組成上，與國際煉油工業(yè)相比有重大區(qū)別，導致在國外建立的校正模型不能直接適用國內(nèi)情況。近幾年來，為提高生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益，國內(nèi)石化工業(yè)大力推廣集中控制和先進過程控制（APC）信息技術(shù)，以期實現(xiàn)資源的合理利用、產(chǎn)品質(zhì)量“卡邊”控制以及裝置平穩(wěn)操作，所以特別需要在線近紅外分析技術(shù)快速、準確、可靠和及時地為其提供質(zhì)量信息。因此，研究和開發(fā)在線近紅外油品質(zhì)量分析儀，有著極其重要的經(jīng)濟和社會效益。本文介紹了石油化工科學研究院聯(lián)合蘭州石化公司自動化院等單位研制和開發(fā)的一種新型CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀。2CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀2.1測量原理當油品的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，則油品的物化性質(zhì)和近紅外光譜也隨之改變。組成變化或性質(zhì)變化與光譜變化是相關(guān)的。收集在組成和性質(zhì)變化上具有代表性的大量樣品，采用標準分析方法（ASTM或GB）測定其各種性質(zhì)數(shù)據(jù)。使用化學計量學方法將油品的被測數(shù)據(jù)（組成或物化性質(zhì)）變化直接與相應的光譜變化關(guān)聯(lián)，建立光譜數(shù)據(jù)與被測數(shù)據(jù)的函數(shù)關(guān)系（又稱校正模型）。對待測樣品，根據(jù)其近紅外光譜和上述建立的模型便可計算出被測油品的性質(zhì)數(shù)據(jù)。近紅外光譜的波長范圍為700~2500nm。含氫基團（如C-H，O-H，N-H等）振動光譜倍頻和組合頻處于該區(qū)，不同基團（如甲基，亞甲基，苯環(huán)等）或同一基團在不同化學環(huán)境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別[4]，具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于油品（由C、H組成）的組成與性質(zhì)測量。近紅外光譜測量光程較長（如短波近紅外的光程為0.5至10cm），樣品不需稀釋便可直接測量，操作方便。但是，近紅外光譜譜帶一般很寬，各基團的譜帶交疊現(xiàn)象嚴重。傳統(tǒng)光譜定量方法（即使用比爾定律工作曲線）對于這種有多組分干擾的定量是十分困難的。幸而，計算機技術(shù)和化學計量學方法的發(fā)展，有效地解決了上述難題。近紅外光譜分析中常用的化學計量學多元校正方法有：多元線性回歸（MLR），主成分分析（PCA），主成分回歸（PCA），偏最小二乘法（PLS），人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN），和拓撲（Toplogical）方法等[5]。本文采用PLS1方法進行關(guān)聯(lián)建立模型。近紅外光可通過光纖進行長距離傳輸，大大拓寬了近紅外光譜儀器的測量范圍。各種光纖探頭或流通池設(shè)計可以方便地對液體或固體樣品進行離線和在線測量。在線測量時，直接將光纖探頭放入裝置加工的物流中或讓被測物料流過流通檢測池，避免離線樣品取樣存在污染、采樣失真等問題。由于采用光纖傳輸，光譜儀放在控制室內(nèi)就可實現(xiàn)對一些復雜、危險環(huán)境中的樣品進行實時測量。采用多路光切換技術(shù)，可以實現(xiàn)一臺近紅外光譜儀對多點（4~8點/臺）快速測量，具有分析速度快和測量效率高的優(yōu)點。將近紅外光譜儀測量的結(jié)果傳送到DCS系統(tǒng)上，可最終實現(xiàn)實時分析指導控制的目的。2.2設(shè)計總則適合在線測量各種輕質(zhì)油品（或淺色液體樣品）；測量速度快（秒級）；儀器遠離測量現(xiàn)場（100米）；一臺儀器可以測量多路樣品；符合工業(yè)環(huán)境安全國家標準要求；數(shù)據(jù)通訊符合煉廠控制系統(tǒng)通訊協(xié)議要求；儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、緊湊和擴展性強；軟件界面友好；儀器閉環(huán)運行，長期穩(wěn)定性好，易于維護；測量結(jié)果與現(xiàn)行的國家標準（GB）分析方法結(jié)果一致。2.3分析儀與樣品前處理系統(tǒng)構(gòu)造CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀主要由光譜儀系統(tǒng)、電源電路與控制系統(tǒng)、光纖及其附件與檢測流通池系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)、樣品前處理系統(tǒng)、模型界外樣品抓樣系統(tǒng)、實時光譜測量和化學計量學軟件系統(tǒng)等部分組成，其構(gòu)造框圖如圖1所示。圖2所示是樣品前處理系統(tǒng)。它由從被測物料管線接出的快速回路、恒流恒壓、機械雜質(zhì)脫除、脫水、脫氣泡等單元組成。1光譜儀系統(tǒng)2電源電路與控制系統(tǒng)3防爆系統(tǒng)4光纖與檢測流通池系統(tǒng)5模型界外樣品抓樣系統(tǒng)圖1CCD在線近紅外油品分析儀構(gòu)造示意圖圖2樣品前處理系統(tǒng)構(gòu)造示意圖2.4CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀主機2.4.1主機外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計主機部分是由在線光譜儀系統(tǒng)和防爆系統(tǒng)組成部分。外觀如圖3所示，外部是由不銹鋼制成的防爆機柜，分為上下兩部分。上部分為正壓防爆機箱，內(nèi)裝近紅外光譜儀，電源和計算機等，防爆機箱的正面有液晶顯示屏和觸摸鍵盤，側(cè)邊有光纖出入孔和制冷管線等，下部分是正壓防爆的控制系統(tǒng)。2.4.2光學原理結(jié)構(gòu)如圖4所示，由光源（1）發(fā)出復合光，經(jīng)過透鏡組（2）進行會聚和準直后，再經(jīng)過光纖會聚透鏡組（3）導入入口光纖（4）內(nèi)，由光纖進入多路光纖轉(zhuǎn)換器（5），通過操作該多路光纖轉(zhuǎn)換器，將光導入其中一路光纖進入所選擇的流通池（6）內(nèi)，光通過流通池的油品產(chǎn)生了光的吸收，從流通池出來的光攜帶了被測油品的組成與性質(zhì)信息，又回到多路光纖轉(zhuǎn)換器（5），并被導入出口光纖，然后通過另一組光纖會聚透鏡組進入單色器的狹縫（10），經(jīng)過準直和反射處理，由光柵（12）分光成為單色光，并經(jīng)平場處理（13），在被色散后光焦面上有一個線陣CCD檢測器（14），經(jīng)過CCD的光電轉(zhuǎn)換和耦合傳輸，得到被測油品的光吸收后的能量波長曲線。通過光路轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對多路樣品檢測功能。圖3CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀主機外觀A光譜儀B光纖、光開關(guān)及測量附件1光源2透鏡組3光纖會聚透鏡4光纖5光開關(guān)6流通池7鐠銣玻璃標準片8.空白參比光纖9測量樣品10狹縫11平面鏡12光柵13平場正交光學組14CCD；圖4CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀光學原理圖2.5主要技術(shù)指標與功能（1）光譜儀系統(tǒng)波長范圍：700~1100nm光譜帶寬：<4.0nm波長重現(xiàn)性：<0.05nm（10次連續(xù)掃描）光柵：600l/mm檢測器：CCD/2048pixels光源：12V/50W電源電壓：~220±5V頻率50±1HZ外形尺寸：500×350×180mm恒溫精度：±0.2℃（2）光纖及其附件系統(tǒng)光纖內(nèi)徑：300μm有效傳輸距離：≤100m光開關(guān)測量通道：≤6個（3）樣品預處理與模型界外樣品抓樣系統(tǒng)脫水效率：≤50ppm過濾精度：20μm流量控制精度：±5%壓力控制精度：±5%滯后時間：≤2min模型界外樣品的自動采集：≥500mL（4）流通池系統(tǒng)設(shè)計壓力：0.7Mpa光程：70mm樣品容量：8mL（5）防爆箱系統(tǒng)防爆等級：pⅡT6氣源：0.4-0.8MPa供電電源：220V交流主要功能：主柜壓力<60Pa時，自動斷電；<150Pa時，自動補氣；<100Pa時，自動報警溫度控制精度：≤±4℃。（6）軟件系統(tǒng)功能1）測量與分析功能包括：光譜的采集；在線測量樣品類型的判斷計算；樣品性質(zhì)或組成的定量計算；質(zhì)量參數(shù)報警；模型報警等主要功能。2）顯示功能包括顯示：各個通道所測的當前性質(zhì)或組成結(jié)果及歷史趨勢圖；光譜儀狀態(tài)及操作參數(shù)；各個通道的歷史數(shù)據(jù)；質(zhì)量報警內(nèi)容等。3）數(shù)據(jù)管理功能包括：建立模型用光譜歸檔；分析模型庫；各通道分析測量結(jié)果的儲存；模型輸入；模型報警和質(zhì)量報警樣品光譜的保存等。4）通訊功能包括：以4~20mA方式向APC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和中央控制提供分析數(shù)據(jù)等。2.6技術(shù)特征該技術(shù)核心是以固定光路CCD陣列檢測的短波近紅外光譜儀，是在石油化工科學研究院的專利技術(shù)（ZL96218361.X）（即NIR-2000/3000光譜儀）基礎(chǔ)上進行技術(shù)改進而成的。（1）掃描方式與傳統(tǒng)光柵掃描式產(chǎn)品和現(xiàn)在流行的FT-NIR型產(chǎn)品（具有動鏡的干涉儀）相比[6]，具有無易于磨損的移動機構(gòu)的優(yōu)點，穩(wěn)定性更高，特別適合在現(xiàn)場苛刻條件下進行長期不間斷無故障運行；光柵掃描和傅立葉變換光譜測量速度為：張/1~2分鐘，而CCD具有快速掃描的特點（50張光譜/秒），根據(jù)多次測量的平均效應能顯著提高光譜信噪比；與現(xiàn)有AOTF（聲光調(diào)制）先進技術(shù)相比，二者都具有無移動磨損部件的優(yōu)點，但固定光路CCD陣列檢測具有更高的光譜分辨率，有利于信息提取，成本也相對便宜。（2）單色器與現(xiàn)有專利技術(shù)CCD近紅外光譜儀（NIR-2000/3000）相比，采用正交光路，增加了穩(wěn)定性，縮小了焦距，減小了單色器的體積，有利于光學工作環(huán)境條件的控制。此外，光路平場技術(shù)提高了在焦面上光譜成像質(zhì)量。（3）光纖測量方式CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀使用光纖和流通池代替NIR-2000/3000樣品倉式測量，實現(xiàn)遠距離的現(xiàn)場測量；每個測量點需要2根光纖（導入和導出），每根光纖的長度根據(jù)現(xiàn)場情況需要可在幾米至100米左右；通過光纖多路轉(zhuǎn)換器和軟件控制配合，實現(xiàn)一臺儀器測量多個測量點的功能；采用了光纖技術(shù)，光譜儀的各個單元（如光源部分、外光路、單色器、光開關(guān)以及電路系統(tǒng)）可以形體分離，有利于各部分工作條件的控制，也有利于在防爆箱或儀器箱內(nèi)空間的有效利用。（4）測量速度采用設(shè)計合理的光纖多路轉(zhuǎn)換器、CCD檢測器件以及在線化學計量學軟件，分析測量速度快，完成一個測量點分析時間為40秒，按6路計算，測量全部周期為4分鐘。如果進一步提高光纖和光纖多路轉(zhuǎn)換器的光傳輸效率，分析速度還可以進一步提高。（5）長光程現(xiàn)有在線近紅外光譜分析技術(shù)大多使用長波近紅外區(qū)域，一般測量液體的光程很短（0.2~0.5mm），因此，光程的可重復性成為明顯影響光譜測量的因素[8]。為了清洗液體池窗片需要拆裝流通池，其光程會產(chǎn)生較大的相對誤差，壓力波動也會引起光程誤差，都會明顯影響光譜測量和分析結(jié)果。CCD檢測器件響應曲線范圍在700~1100nm，即短波近紅外光譜區(qū)，可以使用長的光程（30~70mm），光程變化帶來的擾動影響小，在測量上具有統(tǒng)計代表性，痕量的污染不會對分析結(jié)果造成顯著的影響。因此，對于現(xiàn)場復雜物料的檢測效果更穩(wěn)定。但也有局限性，如流通池上固定光纖孔的同心度對光通量影響很大，對加工精度要求較高；也不適合測量顏色較深或不透明的液體樣品。（6）檢測器CCD檢測器件是近年來發(fā)展很快的半導體元件，對溫度變化很敏感，因此，溫度控制是影響CCD檢測器正常工作的最重要因素之一。CCD與陣列二極管相比，前者具有更多的象元數(shù)，光譜分辨率高，有利于信息的提取。但后者的阱容量大，具有更寬的線性響應范圍，有利于提高信噪比。相對而言，CCD的勢阱較淺。雖然線性響應范圍窄一些，實踐表明也足以滿足常量分析（0.01%濃度以上的檢測）的要求。CCD器件生產(chǎn)批量大，更有利于降低儀器成本和技術(shù)推廣。（7）在線測量與離線近紅外分析不同，CCD近紅外在線油品質(zhì)量分析儀測量方式是實時測量，這種功能通過硬件和軟件相互配合來實現(xiàn)。在線測量軟件的功能和硬件的性能也直接影響著儀器的穩(wěn)定性，測量的速度、準確性、安全性、自動化程度、靈活性、和信息提取效率和儲量等。1）穩(wěn)定性：近紅外光譜分析對光譜測量的精度要求很高，對同一樣品的多次測量光譜的吸光度標準偏差不高于0.0004AU。而影響光譜測量精度的因素很多，首先是溫度引起儀器的飄移，包括溫度變化引起光學結(jié)構(gòu)，檢測器的漂移、光源色溫和電子線路漂移等微弱變化。溫度變化還影響樣品的物理化學狀態(tài)變化，也會造成光譜的變化。因此，溫度控制精度要求很高（某些部分溫度控制精度要求優(yōu)于0.1℃）。光譜是由空白測量信號和樣品測量信號計算得到的，對于單光源和單檢測器的儀器，這兩種信號是分時測量的，儀器在各時段中的狀態(tài)具有一定隨機性，從而對光譜測量精度引入誤差。通過盡量縮短這兩次測量間時間，會減小這種誤差。近紅外在線油品質(zhì)量分析儀的在線軟件具有精確控制這些儀器條件參數(shù)的功能，使儀器具有很好的長期穩(wěn)定性。2）準確性：油品質(zhì)量測定的準確性除了依靠建立準確的校正模型外，其基礎(chǔ)也是儀器具有很好的長期穩(wěn)定性。作為分析的基本要求：首先對測定數(shù)據(jù)的準確性有一定的把握，其次對沒有把握的樣品要及時給出提示。在線測量軟件的校正部分具有這種功能。3）安全性：近紅外在線油品質(zhì)量分析儀的重要特征之一是對安全性的要求很高。安全內(nèi)容包括防爆、儀器長期安全運轉(zhuǎn)、向生產(chǎn)裝置傳送準確數(shù)據(jù)等。儀器安全運轉(zhuǎn)是由儀器自身狀態(tài)自動檢測系統(tǒng)在軟件的控制下進行保障的。測量結(jié)果的準確性是由軟件的樣品模式識別、質(zhì)量閾值控制、信號假象識別、以及信號傳輸安全性等功能的監(jiān)控來保證。4）自動化：整機運行全靠軟件智能系統(tǒng)自動控制，無須人工干預。不論分析系統(tǒng)本身，還是被檢測對象出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)都會及時給出警報。當發(fā)現(xiàn)有些樣品超出預先設(shè)定的模型范圍和質(zhì)量規(guī)格范圍，系統(tǒng)將自動將這些樣品取樣，為進一步分析問題保存樣品。5）數(shù)據(jù)庫：近紅外在線油品質(zhì)量分析儀的另一重要特征是，在線測量軟件分為上微機和下微機部分，上下微機通過通訊接口連接。上微機負責近紅外在線油品質(zhì)量分析儀儀器狀態(tài)控制、在線測量控制和與裝置控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞。下微機負責模型建立、模型維護、模型傳遞和存儲在線測量的數(shù)據(jù)，建立反映裝置運行情況（被檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果、裝置條件變化等有價值的數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)庫，這對于裝置長周期生產(chǎn)運行情況及其規(guī)律的總結(jié)以及信息提取有重要作用。6）靈活性：根據(jù)研制開發(fā)合同要求，測量性質(zhì)僅限于辛烷值。但是，作為近紅外在線油品質(zhì)量分析儀，設(shè)計是面向多種油品和多種煉油裝置在線檢測用途。在光譜儀核心部分檢測通道數(shù)目、檢測模型種類、檢測條件方面充分考慮參數(shù)設(shè)置變化范圍，因此，使它具有一定擴展性。3幾個關(guān)鍵實驗結(jié)果（1）光纖耦合技術(shù)水平對該技術(shù)研制具有重要影響。圖5考察了光纖組件（即插頭和插座）偶合的一致性，分別測量了光通過同一根光纖反正方向的CCD能量響應曲線，2條CCD能量響應曲線吻合，896象元處的響應值分別為3105mV/μJ/cm2和3114mV/μJ/cm2?？梢钥闯?，光纖不同傳輸方向的一致性較好，說明加工的插頭及光纖封裝效果較好。圖6使用固定光纖和30個不同準直透鏡的CCD能量響應曲線，這30個準直透鏡在896象元處的能量極差僅為115mV/μJ/cm2。由此可以看出，30個不同準直透鏡的一致性較好。（2）溫度是影響紅外儀器漂移的重要敏感因素之一。連續(xù)60天儀器恒溫考核結(jié)果表明，采樣間隔1h，實驗室的環(huán)境溫度在16℃~29℃范圍內(nèi)變化，該光譜儀的恒溫精度為36℃±0.2℃。（3）波長穩(wěn)定性是近紅外儀器最重要技術(shù)指標之一。圖7為在近紅外光譜儀上采集的鐠銣玻璃標準片的光譜圖，其特征峰為807.6nm。連續(xù)60天監(jiān)測鐠銣玻璃標準片特征峰的變化（實驗室的環(huán)境溫度為16℃~29℃），采樣間隔1h，在整個測試時間范圍內(nèi)特征峰未發(fā)生任何波動。象元能量響應值mV/象元能量響應值mV/μJ/cm2圖5同一光纖反正方向光通量象元能量響應值mV/象元能量響應值mV/μJ/cm2圖6不同準直透鏡對光通量傳輸?shù)挠绊憟D7鐠銣玻璃標準片的光譜圖圖8連續(xù)10次的重復測量光譜圖及微分與偏差（4）光譜測量的重復性和再現(xiàn)性對分析結(jié)果精確度具有最重要的直接影響。圖8為正己烷連續(xù)測量10次的光譜圖、光譜一階微分圖及其標準偏差，由標準偏差可以看出，在整個波長范圍內(nèi)（700~1100nm），光譜的標準偏差小于0.0005AU，一階微分光譜的標準偏差小于1.0×10-5，在800~1000nm內(nèi)，光譜的標準偏差小于0.0004AU。并且連續(xù)60天測量的正己烷光譜圖、光譜一階微分圖及其標準偏差試驗結(jié)果都滿足預期的設(shè)計要求。（5）分析結(jié)果準確性：樣機在工業(yè)試驗之前，進行大量汽油樣品測試，表1為CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀測量汽油辛烷值結(jié)果與標準方法結(jié)果對照，兩者的平均偏差優(yōu)于0.3個辛烷值單位，其極差（0.4）也小于標準方法再現(xiàn)性誤差要求（0.7）。表1NIR方法與標準方法測定驗證集樣品辛烷值的結(jié)果序號NIR方法標準方法偏差192.492.3-0.1299.899.6-0.2398.398.60.34100.8100.80.05103.5103.70.2693.894.00.2791.991.5-0.4896.997.20.3999.799.6-0.11099.098.9-0.11194.494.60.2（6）分析結(jié)果的傳遞精度對生產(chǎn)控制具有重要影響。表2為DCS的聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)，4~20mA信號輸出對應的辛烷值數(shù)據(jù)為60.0~120.0，由結(jié)果可以看出實際辛烷值與DCS顯示值之間的最大偏差為0.07個辛烷值，說明在線測量軟件向DCS傳輸?shù)姆治鼋Y(jié)果是準確的。表2DCS與在線近紅外測量系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)NIR辛烷值測量值對應毫安數(shù)DCS顯示值60.0459.9375.0874.9690.01289.99105.016105.03120.020120.054工業(yè)應用（1）CCD近紅外在線油品質(zhì)量分析儀樣機的首次工業(yè)試驗是在蘭州煉油廠聯(lián)合重整裝置上進行的。檢測對象為穩(wěn)定塔塔底出口處的重整生成油，測試項目為研究法辛烷值。CCD近紅外在線油品質(zhì)量分析儀樣機及樣品預處理系統(tǒng)安裝在距離監(jiān)測點20米的儀器分析小屋內(nèi)，分析樣品由φ15mm的不銹鋼管引入樣品預處理系統(tǒng)內(nèi)，用光纖將光譜儀和流通池連接。所有儀器電器安裝條件均符合國家防爆標準。在2001年09月13日至2001年12月13日期間，CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀一直連續(xù)監(jiān)測裝置生成油的辛烷值，并定期從生產(chǎn)裝置采集了82個汽油樣品，采用GB/T5487-1995標準方法測定辛烷值。圖9為在線測量結(jié)果與標準方法測量結(jié)果的對比數(shù)據(jù)，在線近紅外方法與標準方法的平均偏差為0.35個辛烷值單位，滿足辛烷值標準方法對分析結(jié)果的要求。CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀將在線測量結(jié)果通過DCS系統(tǒng)及時輸送到生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)優(yōu)化具有指導作用。根據(jù)蘭州煉廠的用戶報告數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)的成功應用已經(jīng)為煉廠帶來196萬元/年的直接經(jīng)濟效益。2002年6月13日~14日由中國石化股份有限公司科技開發(fā)部組織的專家對該儀表測定重整汽油辛烷值的測試結(jié)果為：與標準方法的極差為0.25個辛烷值單位，測量重復性為0.21個辛烷值單位。（2）2000年12月至2001年7月將研制過程中CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀在石油化工科學研究院催化重整中型試驗裝置上進行了實際應用，用來實時分析重整液體產(chǎn)物的研究法辛烷值和芳烴碳數(shù)分布（C6、C7、C8和C9+芳烴含量）。圖10為跟蹤21輪（共126天，涉及評價21個重整催化劑，105個辛烷值數(shù)據(jù)，間隔24h取一次樣品進行離線實驗室NIR或標準方法分析RON。）催化劑評價過程的在線近紅外、實驗室近紅外和部分標準方法測量辛烷值的對比結(jié)果，其中三種方法測定結(jié)果間的最大偏差小于0.4個辛烷值單位。表3列出了在線近紅外和GC兩種方法測定芳烴碳數(shù)分布和芳烴總量結(jié)果的對比統(tǒng)計結(jié)果。表3在線近紅外和GC兩種方法測定結(jié)果的對比統(tǒng)計結(jié)果族組成質(zhì)量分數(shù)范圍/%相關(guān)系數(shù)最大偏差/%平均偏差/%C6芳烴8.49~15.360.98610.410.33C7芳烴15.11~27.970.98331.120.47C8芳烴18.45~26.770.98481.040.60C9+芳烴15.42~29.540.97621.280.70芳烴總量65.13~83.520.99191.680.75圖9在線近紅外方法與標準方法測定RON的對比結(jié)果圖10在線近紅外、實驗室近紅外和標準方法測定重整液體產(chǎn)物辛烷值的對比結(jié)果圖11為一典型的重整汽油辛烷值隨催化劑反應時間的變化趨勢。反應初始，隨反應溫度的升高，辛烷值急速增加，當反應溫度趨于恒定后，辛烷值基本保持平穩(wěn)，并隨著反應時間增加，催化劑活性的降低而逐漸下降。反應結(jié)束時，隨反應溫度的下降，辛烷值迅速降低。反應中后期出現(xiàn)的辛烷值較大波動是由于工藝裝置中氫氣循環(huán)泵故障所造成的。以上試驗結(jié)果表明，在線辛烷值的分析結(jié)果滿足裝置對誤差的要求，可實時反映裝置的波動變化。圖11在線近紅外跟蹤一輪催化劑評價試驗所記錄的RON變化（采樣時間間隔10min）5結(jié)論（1）采用固定光路CCD檢測設(shè)計和光纖耦合等技術(shù)研制出了CCD在線近紅外油品質(zhì)量分析儀樣機。它由光譜儀系統(tǒng)、電源電路與控制系統(tǒng)、光纖及其附件與測量流通系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)、樣品前處理系統(tǒng)、模型界外樣品抓樣系統(tǒng)、實時光譜測量和化學計量學軟件系統(tǒng)等部分組成。試驗結(jié)果表明其各項技術(shù)指標和功能均達到了設(shè)計要求。（2）它是國內(nèi)研制出的第一臺在線近紅外油品質(zhì)量分析儀。與國際上現(xiàn)有在線近紅外光譜儀（包括光柵掃描、傅立葉變換、AOTF和二極管陣列等）產(chǎn)品相比，在技術(shù)上具有新穎性。（3）研制了功能齊全的在線近紅外光譜控制與測量軟件，其中定性和定量部分采用了化學計量學方法，與儀器配合使用，具有高智能化，高自動化（無須人工干預）、安全性強和中文友好界面的特點。（4）在蘭州煉廠聯(lián)合重整裝置上進行了在線測量汽油辛烷值的工業(yè)試驗，連續(xù)試驗周期為5個月，測量精度為0.3辛烷值單位；試驗結(jié)果與國標方法（GB5478）測量結(jié)果一致，符合標準方法再現(xiàn)性要求。該機目前仍在蘭煉重整裝置上運行，并已開展組成和餾程的在線測量工作。參考文獻[1]KnottD，J.Oil&Gas，1997，95（3）：39[2]A.EspinosaHydrocarbonProcessing，1995，74（2）：86~92[3]ZilbermanI.etal，HydrocarbonProcessing，1996，75（5）：91~97[4]GaborJohnKemeny，HandbookNear-InfraredAnalysis，SecondEdition，MarcelDekker，Inc，NewYork.Basel，744[5]LuWanzhen（陸婉珍），YuanHongfu（袁洪福）.ModernNIRspectroscopicanalysistechniques.(現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)).Beijing(北京)：ChinaPetrochemistryPress（中國石化出版社），2000[6]TianDi（田地），JinQinhan（金欽漢）.ChineseJ.Anal.Instru（分析儀器），2001，6：39~42

采用現(xiàn)代信息技術(shù)改造煉廠傳統(tǒng)工藝特邀報告，該文發(fā)表于《中國石化集團公司科學技術(shù)委員會論文選（2002）》。特邀報告，該文發(fā)表于《中國石化集團公司科學技術(shù)委員會論文選（2002）》。------近紅外光譜過程分析技術(shù)在煉廠工藝技術(shù)改造中的應用陸婉珍(石油化工科學研究院，北京，100083)一、前言回顧世界煉油工業(yè)近十年來發(fā)展歷程，一個顯著特征是煉油企業(yè)無不對煉制技術(shù)進步給予高度重視[1]，主要動力為煉油企業(yè)面臨著政府對燃油環(huán)保指標的限制日趨嚴格和原油資源日趨變重的壓力。為降低成本，提高經(jīng)濟效益和增強市場競爭能力，在新增裝置或?qū)鹘y(tǒng)工藝改造過程中，不斷地采用先進技術(shù)如計算機全廠一體化信息管理系統(tǒng)和先進過程控制技術(shù)（APC）等。這些技術(shù)的成功應用都離不開現(xiàn)代信息技術(shù)的進步。其中，一種先進信息提取技術(shù)——近紅外光譜（NIR）過程分析技術(shù)——用于煉廠傳統(tǒng)工藝技術(shù)改造的效果特別引人注目，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益[2,3]。NIR分析采用信息提?。ɑ瘜W計量學方法）技術(shù)，將光譜與性質(zhì)直接關(guān)聯(lián)，建立兩者之間的函數(shù)關(guān)系（或稱模型）。近紅外光譜反映了含氫基團（C-H，N-H，O-H等）的分子振動信息，所以非常適合測量石化產(chǎn)品性質(zhì)[4,5]，如辛烷值、十六烷值、凝點、閃點、餾程、烯烴、芳烴等。NIR在應用中，根據(jù)測量光譜和模型計算得到所需的性質(zhì)數(shù)據(jù)。NIR測量速度很快（幾十秒）；如果建立了很多種模型，則通過一張光譜測量可快速得到多種性質(zhì)（多達十幾種）；因此，一臺NIR儀器具有可替代多種其它儀器設(shè)備的功能；近紅外光可以通過長距離光纖傳輸，可方便實現(xiàn)遠離儀器的現(xiàn)場過程測量。自90年代初，NIR在煉油過程中應用技術(shù)發(fā)展很快[6~16]。NIR過程分析技術(shù)在煉廠主要應用有：（1）為煉油過程提供單一實時質(zhì)量檢測；（2）向過程優(yōu)化控制系統(tǒng)實時反饋分析數(shù)據(jù)；（3）與APC技術(shù)結(jié)合對生產(chǎn)過程進行自動優(yōu)化控制。被廣泛地用于煉廠燃料調(diào)合、原油蒸餾、FCC、催化重整、潤滑油、乙烯裂解、加氫裂化和石油化工等主要工藝[16]。及時提供原料性質(zhì)信息，和實時檢測各餾出口產(chǎn)品及中間產(chǎn)物性質(zhì)，為及時調(diào)整操作條件提供依據(jù)。二、調(diào)合工藝1.汽油調(diào)合NIR過程分析技術(shù)在煉廠傳統(tǒng)工藝技術(shù)改造中，最早成功也是最廣泛的應用是汽油調(diào)合工藝。這項技術(shù)最初在一些國際大型石油公司如AshlandOil、Amoco、Exxon、BP、GeneralMotors等中開發(fā)成功的[2]。其開發(fā)原因是這項技術(shù)的應用對于煉油廠有巨大利潤可圖，主要來自以下三個方面：（1）清潔空氣法案（EPA）的實施，環(huán)保部門對煉廠生產(chǎn)的不同規(guī)格汽油產(chǎn)品征收不同的環(huán)保稅，如在我國臺灣地區(qū)，不同規(guī)格汽油產(chǎn)品的環(huán)保稅征收情況：=1\*ROMANI類油（0元臺幣/公升），=2\*ROMANII類油（0.1元臺幣/公升），=3\*ROMANIII類油（0.3元臺幣/公升）。CPC每年為汽油產(chǎn)品支付3億元臺幣環(huán)保費用。（2）用先進優(yōu)化控制技術(shù)改造汽油調(diào)合工藝，能夠最大限度地使用價格低和庫存充裕的組分，價格貴的組分用量最小化，也避免某些重要質(zhì)量指標如辛烷值的富裕情況造成汽油調(diào)合產(chǎn)品的質(zhì)量“白送”（giveaway），減少煉廠利益損失。（3）質(zhì)量分析在汽油調(diào)合工藝中起著關(guān)鍵作用。現(xiàn)代信息技術(shù)的應用可以節(jié)省大量分析費用（設(shè)備與試劑）和人力；同時汽油產(chǎn)品可以直接裝船，有效利用儲罐資源。因此，汽油調(diào)合工藝技術(shù)改造項目具有明顯的可圖利潤空間。在發(fā)達國家和地區(qū)煉油工業(yè)中，大多積極采用NIR過程分析技術(shù)與先進控制技術(shù)對傳統(tǒng)汽油調(diào)合工藝進行了技術(shù)改造，如法國的LAVERA，波蘭的PetrochemiaPlock。案例1[7]：波蘭的PetrochemiaPlockS.A.(PPSA)是東歐最大的煉廠，其年加工量為12.6MT/Yr。1996年~1998年完成了對其傳統(tǒng)汽油調(diào)合裝置（GBU）的改造，實現(xiàn)了罐區(qū)現(xiàn)代化，增加許多新管道，馬達驅(qū)動閥門，和23個組分泵，新加了在線調(diào)合剎車（in-lineBlenderSkid），2套染料和添加劑注入剎車，一套在線NIR分析儀和一套自動調(diào)合控制與優(yōu)化系統(tǒng)。改造后的GBU實現(xiàn)了調(diào)合操作的全面自動化管理：從調(diào)合定單（blendingorders）（日期/時間，配方，儲罐，和數(shù)量）的制定，到規(guī)劃器（planner）自動界面，自動將調(diào)合定單轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的調(diào)合任務(wù)，自動進行現(xiàn)場設(shè)備路徑（path）選擇，自動排序（line-up），自動開車，控制與監(jiān)測，停車和出調(diào)合報告。這套GBU生產(chǎn)能力為1000m3/hr，其質(zhì)量控制精確度高（-0，+0.25RON，置信度95%）。其中，NIR過程分析儀安裝在現(xiàn)場的一個正壓防爆的箱體內(nèi)，與GBU的出口和6個組分原料罐連接。通過DCS系統(tǒng)，實時快速提供汽油調(diào)合組分和成品的8種性質(zhì)：RON、MON、RVP、E70、E100、E180、FBP和密度。改造后的GBU加工能力為400萬噸汽油/年，生產(chǎn)品種包括：94、98、Eurosuper95和Eurosuper95。新增效益為0.3至0.90美元/立方米，總經(jīng)濟效益為3~4百萬美元/年。案例2：[16]韓國SK公司從1992年開始使用NIR分析技術(shù)用于汽油調(diào)合的研究；93年在現(xiàn)場安裝了在線NIR分析儀，開始根據(jù)近紅外數(shù)據(jù)進行汽油調(diào)合；94年開始將NIR分析技術(shù)與APC結(jié)合進行汽油調(diào)合試驗；95年末實現(xiàn)汽油的自動調(diào)合。該公司稱這套系統(tǒng)為GASOLINEplus。它主要包括調(diào)度系統(tǒng)，DCS比例控制和近紅外測量部分。操作步驟從調(diào)度系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)合配方開始，調(diào)度包（schedulingpackage）在規(guī)定的汽油規(guī)格下，考慮各組分存貨、價格、性質(zhì)等因素，制定最優(yōu)化的調(diào)合配方。其中，在調(diào)度步驟根據(jù)組分原料的計劃性質(zhì)數(shù)據(jù)來估計調(diào)合配方，在實際調(diào)合操作中總是存在偏離汽油規(guī)格的可能性。在操作中為防止產(chǎn)品偏離規(guī)格對實際性質(zhì)進行反饋補償，需要調(diào)合性質(zhì)控制系統(tǒng)與NIR分析儀結(jié)合。如圖1為SK公司調(diào)合控制系統(tǒng)與NIR分析系統(tǒng)的連接示意圖。實現(xiàn)了對各種組分與成品的多種性質(zhì)實時檢測，進而實現(xiàn)了前/后反饋的控制與優(yōu)化，成品可以直接裝船操作。圖1SK公司采用NIR過程分析技術(shù)改造汽油調(diào)合工藝流程示意圖總結(jié)SK公司采用NIR過程分析技術(shù)改造傳統(tǒng)汽油調(diào)合工藝的經(jīng)驗，按照加工量規(guī)模為70MBPSD計算，效益為US$200萬/年。主要在以下幾個方面獲得大的經(jīng)濟效益：（1）降低質(zhì)量損失：表1為SK公司的成品與庫存組分的性質(zhì)數(shù)據(jù)。對性質(zhì)實時檢測，實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量精確控制，將RON波動范圍從+0.5辛烷值單位降到+0.2辛烷值單位；RVP最大規(guī)格變化范圍為+0.04kg/cm2；（2）調(diào)合組分的優(yōu)化：重整油（reformate）減少用量0.3%；殘余液（raffinate）增加用量+71.0%；丁烷（butane）增加用量+14.0%；表2為工藝改造項目前后組分庫存用量比較。（3）連續(xù)進行質(zhì)量確認；（4）最大利用生產(chǎn)能力與儲存能力；（5）可以替代多種分析化驗設(shè)備，節(jié)省了大量分析設(shè)備的投資，最小的分析硬件的維護，減少化驗室分析?？傊捎肗IR分析技術(shù)改造傳統(tǒng)汽油調(diào)合工藝給煉廠帶來經(jīng)濟效益是顯著的，在發(fā)達國家與地區(qū)，這種應用已經(jīng)是很常見的技術(shù)改造舉措。表1SK的汽油規(guī)格與庫存組分的性質(zhì)庫存組分RONRVPAROBENOX2API調(diào)合目標92.561~920~320~3.51.4~40~100重ARO100.02.4550.00.02025.0烷基化油96.034.200.1070.0丁烷98.0411.6000113.0重整油115.040.057.07.0062.0LCN93.055.020.00.8061.0戊烷86.0147.000.30100.0T-LSR76.086.02.02.1086.0抽余油69.047.02.50.2075.5MTBE122.056.00018.058.0C4抽余油100.0372.000.30113.0表2SK汽油調(diào)合工藝改造前后組分庫存用量比較庫存組分用量差值（MBBL）改造前改造后重ARO2,7622,723-3烷基化油8968960丁烷702804+102重整油8,3208,070-250FCC汽油8,6248,507-117戊烷1,2881,247-41T-LSR2,5032,542+39抽余油422722+300MTBE1,7131,683-30總量27,19427,19402柴油調(diào)合由于NIR分析可以測量柴油的許多性質(zhì)（如表3所示），與汽油調(diào)合類似，繼汽油調(diào)合改造之后，很快將這項技術(shù)用于煉廠傳統(tǒng)柴油調(diào)合工藝技術(shù)改造。以下是韓國SK采用NIR分析技術(shù)改造傳統(tǒng)柴油調(diào)合工藝的實際案例。表3柴油性質(zhì)的NIR分析方法精確度與ASTM方法的比較分析項目NIR精確度LAB精確度LABmethod比重0.001140.0012ASTMD4052-96粘度0.1740.2ASTMD445閃點4.795.4ASTMD92餾程(50,90,90%)6.47.3ASTMD86煙點3.944.0ASTMD2500傾點4.05.0ASTMD97冷濾點4.15.0IP309-96案例3：SK公司自97年下半年開始研究NIR分析用于柴油調(diào)合的研究；99年完成了NIR過程分析技術(shù)與APC結(jié)合進行自動柴油調(diào)合的試驗，實現(xiàn)了柴油調(diào)合自動操作和直接裝船目標。將該廠項目改造前后情況比較如下：（1）傳統(tǒng)柴油調(diào)合工藝（如圖2所示）圖2SK公司用NIR分析改造前的柴油調(diào)合工藝流程示意圖因為傳統(tǒng)柴油調(diào)合工藝受測量技術(shù)限制，在優(yōu)化控制產(chǎn)品規(guī)格有局限。主要原因為：樣品采樣和分析時間冗長，為防止產(chǎn)品不合格，控制產(chǎn)品質(zhì)量保持富余，產(chǎn)生質(zhì)量（giveaway）浪費；在裝船前需要試驗罐；對產(chǎn)品規(guī)格進行確認分析不同性質(zhì)需要很多種分析儀器，投資較大。（2）采用NIR過程分析技術(shù)改造之后（如圖3所示），實現(xiàn)實時測量柴油性質(zhì)（冷濾點、煙點、閃點、餾程、傾點和十六烷值）。優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)這些信息，并考慮組分庫存、價格、性質(zhì)等因素，制定調(diào)合處方。調(diào)合過程中如果組分的性質(zhì)變化太大，使用反饋和前饋技術(shù)方案及時調(diào)整。通過實時控制產(chǎn)品性質(zhì)，柴油產(chǎn)品可直接給用戶裝船不需要做進一步實驗室分析。使用NIR測量更精確，可以使控制效果更接近于目標優(yōu)化值，可以避免大量質(zhì)量浪費。不需要試驗罐進行實驗室確認，改善罐容器的利用率。圖3SK公司用NIR分析改造后的柴油調(diào)合工藝流程示意圖SK公司通過技術(shù)改造后，按照加工量180MBPSD計算，直接經(jīng)濟效益為300萬美元/年。我國燃油調(diào)合工藝基本上是依靠手工操作。與國際煉油相比，我國的辛烷值資源是短缺的。而且由于缺乏辛烷值快速檢測技術(shù)和APC技術(shù)，目前還存在著明顯的辛烷值資源浪費。因此，通過采用現(xiàn)代信息技術(shù)改造汽油調(diào)合工藝，有效利用辛烷值資源，對于煉廠有明顯的經(jīng)濟效益?！笆澜缛加鸵?guī)范”要求，對汽油硫含量等性質(zhì)指標有嚴格限制；2類柴油硫含量小于0.03%，總芳烴小于25%，多環(huán)芳烴小于5%，十六烷值大于15%等。同國際接軌，我國汽油和柴油新標準從大城市開始，逐漸在全國范圍內(nèi)實施[1]。因此，與過去相比，燃油調(diào)合的控制指標明顯增多，如汽油烯烴含量小于35%，硫含量小于0.08%，柴油硫含量小于0.2%等。因此，采用現(xiàn)代信息技術(shù)改造我國傳統(tǒng)調(diào)合工藝，也是緩解環(huán)保壓力的一種有效措施。三、原油蒸餾（CUD）對現(xiàn)代煉廠生產(chǎn)，操作靈活性尤為重要。根據(jù)市場需求選擇合適的原油將給煉廠帶來豐厚的利潤。許多煉廠（尤其是沿海煉廠）所加工的原油來源很雜，多達20多種。如果頻繁更換原油種類和缺乏在線測量原油性質(zhì)技術(shù)時，有效操作CUD則很困難。比如，當從一種原油向另一種原油過渡時，CDU操作者不得不在控制條件上留出很大余地。其代價是降低裝置的處理量，降低寬余地產(chǎn)品的產(chǎn)量，增加操作費用。NIR過程分析技術(shù)可以快速測量原油的性質(zhì)（如密度及組成等）。因此，使用該技術(shù)對傳統(tǒng)原油蒸餾工藝技術(shù)改造，可以克服上述局限性[10]。案例4：1992年至1994年，BP公司在法國Lavera煉廠采用NIR過程分析技術(shù)（TOPNIR）和APC對傳統(tǒng)CDU進行技術(shù)改造，實現(xiàn)了CDU的進料原油和餾出產(chǎn)物性質(zhì)的實時檢測，如圖4所示。APC根據(jù)這些信息數(shù)據(jù)對CDU操作條件進行優(yōu)化，從以下幾個方面獲得效益：圖4法國Lavera煉廠NIR改造CDU的示意圖（1）當進料原油由重變輕時，在傳統(tǒng)CDU上，操作者將采取如圖5所示的底部曲線控制原油的流量，其原因就是避免沖塔和過熱問題發(fā)生。而且，如果輕質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)率過高，會造成下游氣體廠的超載。為保證CDU安全運行需消減原油處理量，造成較大經(jīng)濟損失。在NIR分析技術(shù)改造后的CDU上，根據(jù)原油進料性質(zhì)的實時檢測，可以精確控制降低進料流速的時間和降低流速的幅度與速度，操作者采取如圖5所示的上部曲線控制原油的流量。與改造前相比，大大提高了裝置的處理量。這樣取得的經(jīng)濟效益為30~50萬美元/年。圖5法國Lavera煉廠NIR改造CDU前后處理量對比（2）根據(jù)實時測量原油進料性質(zhì)，精確調(diào)整CDU各餾出口物流的切割點：如表4所示，在Syrian輕質(zhì)原油和Iranian重質(zhì)原油之間的產(chǎn)品潛含量差別非常顯著。通過實時檢測進料性質(zhì)，及時精確調(diào)整CDU餾出口分割點，與改造前比較，有時可提高產(chǎn)物收率4%。由此產(chǎn)生經(jīng)濟效益15萬美元/年。表4原油質(zhì)量與產(chǎn)品產(chǎn)率餾分產(chǎn)率100%輕敘利亞原油伊朗（70%重質(zhì)/30%輕）汽油6%4%苯10%8%ATK16%15%輕瓦斯油10%13%重瓦斯油15%9%常壓渣油43%51%案例5：韓國SK公司使用NIR過程分析技術(shù)和APC技術(shù)對其傳統(tǒng)CDU進行了改造，如圖6所示。其優(yōu)點如下：圖6SK公司采用NIR過程分析技術(shù)與APC技術(shù)改造CDU的示意圖（1）實時測量：通過NIR過程分析技術(shù)，實時獲悉進料原油的性質(zhì)，可預先采取措施，避免過程不穩(wěn)定或避免損失高價格產(chǎn)品。用于各流出口產(chǎn)品性質(zhì)測量，保持生產(chǎn)符合產(chǎn)品規(guī)格；可以控制低溫特性（冰點、煙點、傾點）。改造前，這些低溫特性是不能直接控制的，而是通過使用塔盤溫度測量數(shù)據(jù)進行估算控制。實時預測產(chǎn)品收率；減少不合格產(chǎn)品和實驗室測試工作量。（2）與APC結(jié)合實現(xiàn)CDU自動控制：根據(jù)實時測量進料性質(zhì)數(shù)據(jù)，APC計算最佳操作條件，傳給DCS作為PID控制器的設(shè)定點；可根據(jù)進料的NIR分析數(shù)據(jù)，控制進料速度；卡邊控制產(chǎn)品質(zhì)量；低溫特性規(guī)格直接控制；約束推進（Constraintspushing）等。SK公司在更換原油種類期間，由此得到的利潤為2.0￠/bbl原油。（3）實時優(yōu)化：APC的作用是使過程保持在最佳操作目標，在線優(yōu)化器計算APC最佳目標處于最佳經(jīng)濟效益狀態(tài)。例如，優(yōu)化器決定各產(chǎn)品的最佳切割點，APC使用最有效的方式調(diào)整工藝參數(shù)跟隨給定的切割點，而避免裝置操作不穩(wěn)定情況出現(xiàn)。自動產(chǎn)生APC最佳操作目標；產(chǎn)值最大化和增加高價格產(chǎn)品產(chǎn)率。由此可取得較大的經(jīng)濟效益，如表5所示，提高石腦油和輕瓦斯油收率增加效益。表5優(yōu)化CDU增加產(chǎn)值數(shù)據(jù)餾分起始優(yōu)化差值規(guī)格產(chǎn)值(千$/D)利潤(千$/D)液化氣26.926.6-0.3

30.68-1.48輕直餾95%餾程85.7

103.674.4

103.0-11.3

-0.6103~11030.66-52.36石腦油95%餾程112.2

144.4132.5

146.0+20.3

+1.4130~15033.18+101.41煤油冰點186.1

-47.2171.4

-47.1-14.7

+0.1Max-4735.21-78.24輕瓦斯油95%餾程193.7

361.9202.0

360.0+8.3

-1.9350~36033.16+48.62A/R447.3-1.0

23.47-3.65總額

+7.35（4）多單元優(yōu)化：CDU與下游許多工藝單元連接，如乙烯裂解和BTX工藝等。因此，CDU的優(yōu)化應當考慮下游工藝，進行整體優(yōu)化。如輕直餾油（LSR）和重石腦油（Naphtha）的產(chǎn)量是CDU切割點的函數(shù)。根據(jù)圖7，一定有一個最佳切割點使得LSR和重石腦油的利潤最大；LSR影響蒸汽裂解利潤的重要性質(zhì)是石蠟（paraffins）組成，重石腦油影響B(tài)TX廠利潤的重要因素是環(huán)烷烴（naphthenes）和芳烴組成。如果能實時測量這些性質(zhì)，則能實時獲得中間產(chǎn)品性質(zhì)。通常許多煉廠都忽略了這些組成變化，而SK公司根據(jù)NIR過程分析實時測量數(shù)據(jù)，考慮LSR和重石腦油產(chǎn)量，優(yōu)化生產(chǎn)，少產(chǎn)煤油和多產(chǎn)石腦油，以得到更多高價格的最終產(chǎn)品，由此得到利潤約$36,000/d，優(yōu)化數(shù)據(jù)如表6所示。圖7CDU切割點對BTX工藝和乙烯裂解工藝利潤的影響曲線表6CDU切割點優(yōu)化數(shù)據(jù)產(chǎn)品優(yōu)化值NIR優(yōu)化的值流量差產(chǎn)值差(千$/D)液化氣(kl/hr)29.1229.16+0.03+0.11輕直餾流量(kl/hr)78.0680.98+2.92-3.41n-Para.48.4647.91石腦油流量(kl/hr)81.0488.04+7.00+74.81(N+2A)37.2138.70煤油(kl/hr)192.63172.63-20.00-72.94輕瓦斯油(kl/hr)225.21237.46+12.25+42.07A/R(kl/hr)375.3373.23-2.08-4.61總金額

+36.03案例6：1999年，PetroMetriXLtd采用NIR過程分析技術(shù)和APC技術(shù)對一家加拿大煉廠的CDU+異構(gòu)化+重整組合工藝進行改造。其組合工藝流程為2套CDU，從CDU出來的LSR和重石腦油與C5，C6組分混合后進入預分餾塔；從預分餾塔頂部餾出部分進入異構(gòu)化裝置；從預分餾塔底部物料進入重整裝置；經(jīng)異構(gòu)化和重整后，再混合進入穩(wěn)定塔。使用NIR過程分析技術(shù)和APC技術(shù)實現(xiàn)了該組合工藝的優(yōu)化控制：使預分餾塔頂部的C7量最小化；使預分餾塔底部的苯含量低于1.5%，控制穩(wěn)定塔底部物料的RVP，RON和MON。為此節(jié)省了儀器投資US$200,000，并且每年節(jié)省操作費用US$30,000[17]。四、FCCU催化裂化是重油輕質(zhì)化工藝之一。是操作難度最大的煉油工藝，前后系統(tǒng)相互影響嚴重，操作參數(shù)和條件設(shè)定隨著原料油的變化、催化劑及產(chǎn)品要求而變化。進料性質(zhì)（如組成、餾程、密度、殘?zhí)肌⒘虻亢丸F、鎳、釩和鈉等）波動將引起催化裂化裝置工作狀態(tài)和裂化深度的明顯波動。而FCC工藝的進料變化非常多，如焦化蠟油、重油、常壓渣油、減壓渣油、減粘VGO、焦化VGO和脫瀝青油等。傳統(tǒng)FCC工藝通過對進料及各餾出口取樣，根據(jù)化驗室分析數(shù)據(jù)，設(shè)定和修改裝置操作參數(shù)。由于分析速度慢，不僅難于及時對進料進行表征，也不能及時了解FCCU的實際運行情況，因此，F(xiàn)CC控制最佳操作狀態(tài)比較困難：（1）進料性質(zhì)影響：如果進料中飽和烴含量由低向高變化時，反應產(chǎn)物中油氣量增多，嚴重時會產(chǎn)生壓縮機負荷過載；影響吸收-穩(wěn)定塔的分離效率；催化劑生焦量過少，打破再生系統(tǒng)能量平衡（比如影響發(fā)電機組），將引起一系列FCC條件以及有關(guān)裝置操作條件的較大波動；原料組成變化引起富氣壓縮機入口的壓力波動，從而影響到反應器和再生器的壓力平衡，對系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生干擾；如果進料中摻入過多的殘?zhí)驾^高的渣油，將出現(xiàn)催化劑上焦碳產(chǎn)率過大，同樣也打破再生系統(tǒng)能量平衡，而且裝置的能耗加劇；焦碳產(chǎn)率變化也引起兩器的溫度波動，進而引起各餾出口產(chǎn)品性質(zhì)（如汽油辛烷值等）波動；重金屬含量積累造成催化劑失活，影響裂化深度等；進料的變化也將影響目標產(chǎn)品最大收率的苛刻度，如兩個芳烴高低不同含量原料在不同苛刻度下，汽油產(chǎn)率變化有明顯差別，在低苛刻度下高芳烴原料的汽油收率低于低芳烴含量的，而在較高苛刻度下，其變化規(guī)律相反；總之FCC工藝流程非常復雜，再生器、反應器和分餾系統(tǒng)之間的操作條件前后具有很高的協(xié)同性，相互影響形成復雜的平衡體系，是煉廠所有裝置操作難度系數(shù)最高的。一旦引起較大的波動，則需要很長時間去調(diào)整。如富氣壓縮機入口壓力過低，能耗大，如果過高壓縮機超載，實際操作中力圖保持最佳壓力，一旦引起較大波動，則需要6~7小時才能恢復正常水平。（2）FCC側(cè)線汽油餾出口產(chǎn)品辛烷值往往受裝置條件波動而波動，對于某些直接用來生產(chǎn)90#汽油產(chǎn)品的煉廠，經(jīng)常發(fā)生由于裝置條件或原料波動，導致餾出物辛烷值不合格情況，如果讓不合格產(chǎn)品進入成品罐，等化驗室化驗后報出結(jié)果時，生產(chǎn)上的損失就較大。如果能及時測得辛烷值，通過調(diào)節(jié)反應溫度及劑油比等可以使辛烷值返回正常水平。操作條件對催化裂化汽油含量有較大影響[1]，如提升管溫度、劑油比、反應溫度、汽油中液化氣含量、催化劑活性、穩(wěn)定塔底部和頂部溫度等。如果可以及時測量汽油的烯烴含量，實現(xiàn)操作條件的優(yōu)化，找到最大限度地降低烯烴含量和最緩和的加工條件，存在著較大的改善經(jīng)濟效益的空間。采用NIR分析技術(shù)和APC技術(shù)對FCC工藝進行改造，能有效克服上述問題，改善FCC操作[10]。案例7：BP公司1993年將NIR用于FCC的汽油測量，1995年將NIR擴展到FCC的進料在線測量。BP公司曾就法國Lavera煉廠FCC改造前后情況做了對比。原料的變化對產(chǎn)物分布有較大影響。改造前依靠化驗室測量進料性質(zhì)，包括蒸餾曲線、密度、粘度、氮含量、硫含量、折射率)、苯胺點、康氏殘?zhí)嫉取７治鲋芷诤荛L，不能為FCC優(yōu)化及時提供進料性質(zhì)。采用NIR過程分析技術(shù)改造后，實現(xiàn)進料性質(zhì)的實時檢測，其精確度如表7所示。APC根據(jù)實時測量性質(zhì)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了在進料性質(zhì)發(fā)生變化時，保證FCC處于最佳操作狀態(tài)，表7NIR方法與ASTM方法測量進料的精確度對比性質(zhì)范圍再現(xiàn)性重復性實驗室ASTM在線近紅外實驗室ASTM在線近紅外FCC進料表征比重0.89---0.933.00E-034.30E-031.00E-032.50E-03硫含量0.5---10.05---1.00.015苯胺點76.2---0.20.25粘度6.3---13.87%10%2%0.70%折光指數(shù)1.483—1.5061.20E-041.20E-048.20E-041.20E-04TBP（50%）440---5051073.51.5FCC汽油表征性質(zhì)MON75--850.90.620.30.07RON85---950.70.460.20.09反應器和再生器之間的波動達到最小化，催化劑生焦量處于最佳狀態(tài)；監(jiān)測進料性質(zhì)有助于優(yōu)化操作苛刻度；監(jiān)測餾出口性質(zhì)，對產(chǎn)品質(zhì)量卡邊控制，增加了高價值產(chǎn)物的收率；使進料速率最大化；降低能耗；始終保持優(yōu)化約束控制；從改造前后富氣壓縮機操作壓力調(diào)整情況對比看出，改造后，當原料變化導致裝置條件波動時，可以顯著縮短從發(fā)覺到使裝置恢復正常狀態(tài)的時間，以及降低了波動的幅度。案例8：韓國SK公司的FCCplus是采用NIR過程分析技術(shù)對FCC改造的工藝，如圖8所示。與改造前比較，（1）增加收率，根據(jù)實時進料信息進行優(yōu)化控制：當進料變化時，進行操作最優(yōu)化；質(zhì)量卡邊控制；副產(chǎn)物量最小化。（2）進料量最大花。（3）增加催化劑壽命。（4）降低能耗等。按照50MBPSD的加工量計算，由此獲得效益200萬美元/年[17]。圖8韓國SK公司NIR過程分析儀在FCC上的應用示意圖五、催化重整工藝重整工藝生產(chǎn)BTX（苯、甲苯和二甲苯）和高辛烷值汽油組分，在高溫和高壓下將環(huán)烷烴和鏈烷烴轉(zhuǎn)化為芳烴。其原料為由C5—C9的鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳烴組成的石腦油。進料石腦油組成和反應條件（如進料速度，反應器權(quán)重平均入口溫度WAIT（weightaverageinlettemperature），壓力，再生H2和催化劑循環(huán)速率等）的波動對催化重整工藝生產(chǎn)影響較大。傳統(tǒng)工藝由于測量和取樣技術(shù)限制，不能及時掌握進料石腦油性質(zhì)和產(chǎn)物性質(zhì)信息，建立和調(diào)整重整反應器模型比較困難，實際操作一般采取保守的操作條件；NIR可以準確測量重整工藝進料和產(chǎn)物的性質(zhì)，如表8所示[16]。采用NIR過程分析技術(shù)改造催化重整工藝可顯著改善裝置操作效果。以下是兩個分析案例。表8NIR方法與ASTM方法測量精確度對照物料性質(zhì)NIR

精確度ASTM

精確度模型范圍石腦油

&

重整油總鏈烷0.1~1.00.1~1.0

環(huán)烷

芳烴

C5鏈烷1.33

0~15環(huán)烷0.10

0~0.65C6鏈烷1.52

5~18環(huán)烷0.350.140~6.5芳烴0.180.270~9.1C7鏈烷1.530.610~20環(huán)烷0.311.010~15芳烴0.861.403~28C8鏈烷1.350.500~20環(huán)烷0.560.180~12芳烴1.053.146~34C9+

0.591.230~11案例9：石油化工科學研究院在1999年到2001年研制了在線近紅外油品質(zhì)量分析儀，分別在石油化工科學研究院催化重整中型裝置和蘭州煉廠聯(lián)合重整裝置上進行了成功應用，實現(xiàn)了生成油的辛烷值實時檢測，為裝置條件優(yōu)化提供了依據(jù)，僅統(tǒng)計此辛烷值一項獲經(jīng)濟效益194萬元/年[18]。今年準備采用在線近紅外油品質(zhì)量分析儀解決該裝置的組成及餾程的實時檢測項目。案例10[16]：韓國SK公司采用NIR過程分析技術(shù)改造了該廠的催化重整工藝，稱之為REFORMERplus，如圖9所示。實時測量石腦油、重整油和中間產(chǎn)物的組成與性質(zhì)（如總PNA、詳細的PIONA、C數(shù)分布、餾程等），并及時將這些信息傳送至DCS或RTDB，調(diào)整重整反應器模型。由APC實現(xiàn)了接近目標限制水平操作；在分餾部分導致的瓶頸下優(yōu)化下游目標；優(yōu)化石腦油進料速度，氫氣流速，物料流壓力，加熱管表面溫度和WAIT；對催化劑再生，催化劑循環(huán)速率和催化劑表面生碳進行管理；降低能源消耗等。帶來的直接好處：生產(chǎn)能力提高2%~3%；毛利潤增加0.5%~1.5%；獲經(jīng)濟效益6百萬美元/年。優(yōu)化器進料/產(chǎn)品價格約束條件重整油石腦油爐子分離器優(yōu)化器進料/產(chǎn)品價格約束條件重整油石腦油爐子分離器穩(wěn)定塔進料速率H2速率圖9SK公司采用NIR和APC技術(shù)改造催化重整工藝示意圖六、結(jié)論采用現(xiàn)代信息提取技術(shù)——NIR過程分析技術(shù)和APC技術(shù)，對煉廠傳統(tǒng)煉油工藝進行改造，是投資省和見效高的技術(shù)路線，尤其值得我國煉油工藝的改造做參考。參考文獻[1]侯芙生，“創(chuàng)新煉油技術(shù)，推動21世紀我國煉油工業(yè)的發(fā)展”，石油煉制與化工，33（1）：1~8，2002[2]A.Barsamian,Getthemostout