炼油厂部分生产装置提高仪表自控率和控制优化

摘 要：乌石化炼油厂140万t/a重油催化裂化装置、120万t/a延迟焦化装置、100万t/a加氢裂化装置、100万t/a大芳烃装置、600万t/a常减压装置及4万t/a硫磺回收装置在自动控制和生产及管理方面做了大量工作，但装置还普遍存在自控率无法达到集团公司要求的95%以上，控制系统过程报警繁多问题，为了解决自控率较低、生产过程平稳率不高、复杂控制回路投用率低、控制波动大、装置操作报警频繁等问题，对装置部署自控平稳率监控、报警操作记录监控系统，进行控制系统优化，提升装置仪表自控率，提高装置平稳率，减少装置操作劳动强度，使装置报警设置规范化，实现“全流程自动”、“一键操作”和“黑屏操作”。

关键词：自控平稳率监控;全流程自动;一键操作;黑屏操作

1 概述

生产安全是企业的生命，只有安全的生产才能在创造财富的同时，营造社会的和谐。企业生产规模的扩大，工艺的先进与复杂，平稳、安全的生产更加依赖于自动化水平提高。目前乌石化炼油厂140万t/a重油催化裂化装置、120万t/a延迟焦化装置、100万t/a加氢裂化装置、100万t/a大芳烃装置、600万t/a常减压装置及4万t/a硫磺回收装置在生产及管理方面做了大量工作，但仍存在以下问题：

①部分PID控制回路处于手动状态、或者难以长周期自动运行、仪表设置的PID参数不合理;

②部分投入自动运行的回路运行效果不好，表现为波动幅度大，有的甚至接近等幅振荡。有的投入自动运行回路本身波动不大，但是阀门大幅度变化，造成下游工况的恶化，影响装置的平稳运行;

③存在纯粹为了投自动而投自动的情况，平稳率有待提高。为了提高自控率这项重要指标进行投自动，没有从上下游平衡和装置的整体考虑控制问题，阀门波动大、彼此不协调或对立，造成装置的波动或者振荡，装置的平稳性有待提高;

④由于装置平稳率不高，造成装置产品的收率波动较大，操作工手工操作频繁，操作方式和手法存在较大分散性和不同，造成装置操作的不稳定，造成装置产品的收率波动较大;

⑤控制系统过程报警繁多，目前各种回路采用缺省的报警值，没有根据实际工况设定合理的报警值。各种原因报警产生的数量多，如因设备故障的报警不能及时处理，报警数量多且时间间隔短，造成报警刷屏的效果，真正需要关注的重要报警信息可能淹没在大量的无效报警信息中，操作人员容易忽视重要的报警信息出现生产事故;

⑥装置自控率无法达到集团公司要求的95%以上。中国石油天然气股份有限公司炼油与化工分公司文件关于印发炼油与化工分公司2017年设备工作要点的通知（油炼化{2017}16号）中第二条款的要求：联锁管理满足安监总局的要求，自控率高于95%。

2 改造计划和方案

2.1 装置自控率控制器优化方案

建立自控率监控系统，最核心的是“控制器参数优化系统”，“控制器参数优化系统”整定按模块化的方式，各模块（各子系统）主要功能如下：数据交换接口模块从生产现场读取数据;对象的动态测试模块产生各类的测试信号加入被控对象，得到期望的测试数据;对象模型辨识模块根据测得的过程数据，辨识得到对象的特性;模型仿真模块根据对象实测的数据进行比对，看模型是否达到期望的精度，若达到，则满足要求，若不满足，则从新进行辨识;PID参数整定模块根据辨识得到的模型进行控制器参数的整定;整定后的PID参数可以根据需要进行显示或则下发到生产现场。

2.2 自控平稳率监控系统搭建方案

自控平稳率监控系统是基于公司MES专网，从MES网络中将需要的参数取出以供统计自控率和平稳率。自控率监控、平稳率统计、PID参数整定与优化软件网络拓扑图，自控平稳率监控系统是为了监督PID参数整定项目的实施进度、检验实施效果，并作为对各生产装置的自控率、平稳率水平进行监视、统计、分析、评比、考核的提供全方位监控平台，自控平稳率监控及评比系统依照功能划分，主要可划分为用户登录模块、实时自控率查询模块、历史自控率查询模块、实时平稳率查询模块、历史平稳率查询模块、实时不参与统计自控率模块、历史不参与统计自控率模块、自控率装置排名及平稳率装置排名模块等。

2.3 全装置报警梳理黑屏黑屏实施优化技术方案

对生产装置DCS实施黑屏监控、数据交换接口模块从生产现场读取数据、进行装置报警和黑屏分析，形成优化方案，新的设置参数下发到生产现场。消除装置大量无效报警，提供报警监控系统，实现实时报警信息采集，实现装置“全流程自动”“一键操作”及“黑屏操作”。

2.4 控制系统优化的实施内容

通过自控平稳率监控软件对6套装置的872个回路进行对象特性辨识，根据辨识的对象特性，选择合适的PID控制形式，然后对该回路控制方式进行现场组态，再根据对象特性和选定的PID控制形式整定PID参数，然后将合适的PID参数置入生产现场。

①用预测控制和内模控制的方法和PID相结合，采用预测-PID、内模-PID技术去优选PID控制的形式。当前无论是温度、流量、液位还是压力，也不管对象的具体特点（如不管是加热炉还是分馏塔），控制形式均采用一种PID控制形式，这不符合要求。而本项目的目的是：不同的对象，运用预测-PID、内模-PID及仿真技术，选用合适的、效果好的PID控制形式，如对流量的调节可采用以下PID形式，在这种形式下，流量调节阀前泵对流量抖动干扰的影响将滤除，起到好的控制效果。当然，改变PID控制形式要在DCS上对组态进行一点调整，目前各生产装置DCS可以在生产状态下方便的在线调整组态，不会影响生产，并且很简单;

②对于一个对象，对该对象选定的特定的PID控制形式，根据对象的具体特点，用预测、内模等先进控制算法去整定PID的参数，使对象稳定、响应速度快、控制精度高;

③根据工艺流程特点，根据全流程自动的思想，按照控制的需要，适当的修改控制方案（如组态串级方案，比例控制等），在项目实施期间，对6套装置共计50个控制方案进行了修改。

根据以上调整优化原则控制回路质量得到了极大的改善，从原来的波动的锯齿状调整到可控范围平稳运行。

3 实施效果

①提高装置自控率：6套装置的自控率均达到了95%以上，有些装置的自控率甚至可以达到100%，平均自控率在98%以上;

②提高装置自控率平稳率：达到了项目要求各装置平稳率提高0.2%或长期保持在98%以上的目标;

③操作报警优化，通过报警优化软件梳理报警，6套装置的报警频次由每天的上千次报警减少到百次，减少了6.～7倍报警。报警优化前每日可达30次操作，现在只需每日调整1～2次，甚至不用操作就可達到工艺要求;

④黑屏操作：大芳烃、重催、加氢裂化、延迟焦化、4万t硫磺、600万常压装置实现黑屏操作;

⑤“全流程自动”和“一键操作”：在满足工艺协调、原料配比等方面条件下，则可以达到“全流程自动”“一键操作”。当装置自控率达到或接近100%，可以在全自动、没有操作工干预下安全、长时间（如30min）可靠自动运行达到“全流程自动”。当装置达到全自动流程时，装置需要提量或者降量时，只要改变进料量给定一个变量（一次键入流量给定），整个装置可达到自动跟踪和调整，实现“一键操作”。

综上所述，自动平稳率监控平台和报警管理监控系统在炼油厂重油催化裂化装置、延迟焦化装置、加氢裂化装置、大芳烃装置、常减压装置及硫磺回收装置得到很好应用，提高了生产装置自控率、平稳率、报警系统的智能化和信息化的管理，减轻了工艺操作人员劳动强度。通过对各装置实施全流程自动控制优化，提高装置整体自动控制水平，促进全流程自动安全生产发展。

参考文献：

[1]康周.自控率监控系统的设计与应用[J].中国管理信息化，2014（02）.

作者简介：

刘丽（1980- ），女，汉族，山东泰安人，高级工程师，主要从事仪表控制系统维护和管理工作。