宮文斌

中國石油哈爾濱石化分公司生產(chǎn)運行處

探討先進(jìn)控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)的應(yīng)用

宮文斌

中國石油哈爾濱石化分公司生產(chǎn)運行處

煉油化工行業(yè)中早已經(jīng)大范圍的應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)。先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了煉油化工行業(yè)的工作效率，同時也能夠保證油質(zhì)量。本文首先對煉油化工行業(yè)的先進(jìn)控制技術(shù)進(jìn)行了介紹，其次對先進(jìn)控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望有所幫助。

先進(jìn)控制技術(shù)；煉油化工行業(yè)；應(yīng)用

煉油化工行業(yè)應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)是該行業(yè)增效的關(guān)鍵技術(shù)手段。選擇恰當(dāng)?shù)南冗M(jìn)控制技術(shù)，能夠使得煉油化工環(huán)節(jié)更加優(yōu)化，以此提高經(jīng)濟(jì)效益，在市場中占有大量的份額?，F(xiàn)如今，我國煉油化工行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模的推廣應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)，同時制定了相應(yīng)的推廣策略，以此保證先進(jìn)控制技術(shù)廣泛的使用。

一、煉油化工行業(yè)的先進(jìn)控制技術(shù)

煉油化工行業(yè)中，有很多控制過程應(yīng)用普通的PID并不能解決或者解決效果不理想，比如數(shù)據(jù)采集、多變量控制等，此時就需要先進(jìn)控制程序來解決上述問題?，F(xiàn)階段，煉油化工行業(yè)中涉及到的先進(jìn)控制技術(shù)有如下幾種：

1、數(shù)據(jù)的采集、處理、軟測量技術(shù)

要想充分的發(fā)揮出先進(jìn)控制技術(shù)的作用，首先要保證有足夠的實時數(shù)據(jù)。但是在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，現(xiàn)場儀表信號時常會不穩(wěn)定，而產(chǎn)生失真、噪聲波動等問題，所以必須對信號數(shù)據(jù)展開必要的識別處理檢查，比如對信號數(shù)據(jù)變化程度進(jìn)行檢查等。軟測量技術(shù)主要應(yīng)用的是機(jī)理分析原理，主要包括熱量平衡、壓力平衡等原理。先進(jìn)控制技術(shù)需要在半機(jī)理半經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過軟測量模型以及相應(yīng)的計算方法，對無法確定的變量進(jìn)行測量，這是先進(jìn)控制技術(shù)重要的職能。典型的軟測量主要有：爐熱效率計算、催化劑循環(huán)量等。一般情況下，聚丙烯裝置也需要運用軟測量，測量內(nèi)容有催化活性、聚合物產(chǎn)率。

2、人工智能技術(shù)

煉油化工行業(yè)中，人工智能技術(shù)已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，尤其是在過程控制方面，人工智能技術(shù)應(yīng)用更為普遍。比較常見人工智能技術(shù)有模糊系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等，除此之外，還有神經(jīng)元系統(tǒng)。這其中專家系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對測量儀表、工業(yè)過程故障等進(jìn)行相應(yīng)的檢查，一般情況下，都是規(guī)模比較大機(jī)組。而神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中主要功能就是為非線性過程建模期間，提供各種切實可行的方法。前向網(wǎng)絡(luò)法、反向傳播算法是現(xiàn)今應(yīng)用比較頻繁，也是比較先進(jìn)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法。模糊系統(tǒng)主要是應(yīng)用在模糊控制理論中，雖然現(xiàn)階段，此種人工智能技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛，但是隨著研究的深入，模糊系統(tǒng)定會成為改善原有控制過程的一種有效的方法。

3、預(yù)測控制技術(shù)

預(yù)測控制技術(shù)很早就被研究出來，現(xiàn)如今已經(jīng)有很多種相關(guān)理論問世，其中比較著名的有兩種，一種是預(yù)測啟發(fā)控制；另一種是動態(tài)矩陣控制。預(yù)測控制模型原理與傳統(tǒng)的控制模型原理并不相同。預(yù)測控制模型優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下方面：應(yīng)用的原理是脈沖響應(yīng)，也可以通過階躍響應(yīng)原理獲得，這兩種原理都非常簡單，可以容易得到相應(yīng)模型；預(yù)測控制技術(shù)并沒有完全摒棄傳統(tǒng)控制理論思想，而且吸收了原有先進(jìn)思想，與此同時優(yōu)化了傳統(tǒng)控制方式，運用滾動優(yōu)化方法；預(yù)測控制技術(shù)主要是借助實測值對預(yù)測展開相應(yīng)的反饋校正，這就使得控制結(jié)果更加明確，不穩(wěn)定因素降低。預(yù)測控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)有接近四十年的歷史，現(xiàn)階段，世界上已經(jīng)有各種類型的預(yù)測控制軟件包，我國現(xiàn)今應(yīng)用的預(yù)測控制技術(shù)主要依賴于國外進(jìn)口。我國有關(guān)學(xué)者對預(yù)測控制技術(shù)已經(jīng)展開了深入研究，但是還未實現(xiàn)工程化，不過動態(tài)矩陣控制在煉油和化工行業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)取得了成功。

二、先進(jìn)控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)的應(yīng)用

我國某煉油化工企業(yè)，上世紀(jì)90年代投產(chǎn)，投產(chǎn)之初就與國內(nèi)知名大學(xué)合作，同時與國外公司聯(lián)合，共同研究先進(jìn)控制技術(shù)。現(xiàn)如今，該煉油化工企業(yè)的很多裝置都應(yīng)用了先進(jìn)控制技術(shù)。具體應(yīng)用如下：

1、加熱爐運用先進(jìn)控制技術(shù)

首先，加熱爐熱效率的有關(guān)算法應(yīng)用了先進(jìn)控制技術(shù)；其次，加熱爐支路平衡也應(yīng)用了先進(jìn)控制技術(shù)，在加熱爐溫度與進(jìn)料都不發(fā)生變化的條件下，按照溫度高低，對加熱爐管流量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以此保證支路出口溫度相同，這樣就能夠防止某部分加熱管道出現(xiàn)明顯過熱的情況，這對加熱爐使用壽命的增加具有積極作用；再次，加熱爐出口溫度串級前饋控制采用了先進(jìn)控制技術(shù)，加熱爐加熱環(huán)節(jié)存在者著比較多的干擾源，先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用，將前饋信號融入到回路爐中，進(jìn)行必要的溫度控制，進(jìn)而提升了出口溫度控制效果；最后，對加熱爐提降量進(jìn)行有效的控制。加熱爐總流量發(fā)生變化時，通過先進(jìn)控制技術(shù)，各路流量都得到了合理均勻的分配，這樣爐膛溫度就保持在既定的要求之內(nèi)，不會過高也不會過低。

2、分餾塔運用先進(jìn)控制技術(shù)

該煉油化工企業(yè)分餾塔中段回流取熱應(yīng)用的就是先進(jìn)控制技術(shù)，以此保證了回流取熱分配更加科學(xué)合理。該部分主要應(yīng)用的事預(yù)測控制技術(shù)。協(xié)調(diào)層主要是通過各個生產(chǎn)方案來確定。首先對分餾塔各個階段的取熱比這以及范圍進(jìn)行明確，在這些數(shù)據(jù)信息都不發(fā)生改變的情況，將取熱比控制在中規(guī)定的范圍之內(nèi)。中斷回流控制主要是運用動態(tài)矩陣控制方法。將取熱量看作是控制變量，而將回流量看作是操作變量，與此同時對回流取熱進(jìn)行控制分配，這樣就能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3、原油蒸餾塔的建模與優(yōu)化

原油蒸餾塔模型以Sorel平衡級模型來建立機(jī)理模型。Sorel平衡級模型假設(shè)離開任一平衡級的兩相物流總是處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，通過對各平衡級進(jìn)行物料平衡、能量平衡、相平衡計算建立模型，即列寫Sorel方程。針對Sorel模型方程組的計算機(jī)求解算法各有不同，如方程分解算法等。常壓蒸餾過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題可以描述為在平穩(wěn)操作的前提下，根據(jù)蒸餾過程數(shù)學(xué)模型，在一定的質(zhì)量指標(biāo)約束條件下，用遺傳算法求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，得到關(guān)鍵操作變量的設(shè)定值，為現(xiàn)場操作人員提供指導(dǎo)或進(jìn)行閉環(huán)優(yōu)化控制。

4、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的粗汽油干點和輕柴油傾點軟測量及質(zhì)量卡邊控制

通過觀察分析粗汽油干點和輕柴油傾點與它們對應(yīng)的溫度和油氣分壓的非線性關(guān)系：對應(yīng)的溫度高則質(zhì)量點的值也高，對應(yīng)油氣分壓高則質(zhì)量點的值低。用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法，通過已獲得的化驗值和相關(guān)參數(shù)值尋找出最佳的權(quán)重即樣本學(xué)習(xí)，然后把實時的相關(guān)參數(shù)值通過該權(quán)重計算出適時的軟測量值。

三、結(jié)語

綜上所述，可知隨著先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，我國煉油化工行業(yè)必將會全部應(yīng)用到該技術(shù)。但是目前我國對此方面的研究還不夠深入，很多關(guān)鍵性技術(shù)都需要依靠國外進(jìn)口。這使得煉油成本大大提高，為了提高我國煉油化工企業(yè)的市場競爭能力，有關(guān)企業(yè)應(yīng)該與國內(nèi)知名大學(xué)進(jìn)行合作，也可以借鑒國外優(yōu)秀經(jīng)驗，以此研制出我國的先進(jìn)控制技術(shù)，減少國外技術(shù)進(jìn)口成本。

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