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石油化工过程先进控制与优化研究进展PPT-4.txt48微笑，是春天里的一丝新绿，是骄阳下的饿一抹浓荫，是初秋的一缕清风，是严冬的一堆篝火。微笑着去面对吧，你会感到人生是那样温馨。本文由百有任何贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。2007PSEAsia石油化工过程先进控制与优化——现状与发展华东理工大学钱锋二零零七年八月主要内容一、过程控制与优化的作用二、过程控制与优化的现状APC与RTO广泛应用与广泛应用三、工程应用中过程控制的新方向过程监控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系统集成监控过程监控：全系统集成监控自适应控制器：自适应控制器：克服传统概念对模型精确性要求四、过程控制与优化的案例分析一、过程控制与优化的作用国家发展战略需求国家中长期科学和技术发展规划纲要》流程工业的绿色化、《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“流程工业的绿色化、自动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工业概念的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、智能化检测控制技术、装备和调控系统。技术、装备和调控系统。”中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》《中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》装备制造业振兴的重点：推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、成套设备和对二甲苯的重点：“推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、对苯二甲酸成套设备国产化。成套设备国产化。”（自动化技术非常重要）国产化自动化技术非常重要）国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，在“发展重大工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，满足重点建设工程及其他实现重点突破。重大（成套）重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要”实现重点突破。用自动化技术提高流程工业自主创新能力石油和化学工业发展需求国民经济的支柱产业2005年石油和化学工业总产值达到年石油和化学工业总产值达到33762亿元，占亿元，年石油和化学工业总产值达到亿元国民生产总值（亿元）国民生产总值（182321亿元）的18.5%亿元石油和化学工业既是产能大户又是耗能大户2005年我国石油化工行业总能耗3.048亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗亿吨标准煤占全国总能耗的15%占全国总能耗的万元GDP能耗是0.903吨标准煤，比国外同行业平均能耗是吨标准煤，万元能耗吨标准煤水平高水平高15%～20%～污水排放，全行业达32.3亿吨，废气亿吨，污水排放，全行业达亿吨废气1.4274万亿立万亿立方米，固体废弃物8406万吨方米，固体废弃物万吨应用过程控制与优化技术实现节能减排过程控制与优化如何实现节能降耗1.运行过程优化操作过程控制目的：克服扰动，目的：克服扰动，保证操作安全性和平稳性手段：先进控制器（控制方法、算法）手段：先进控制器（控制方法、算法）设计过程优化目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、减排手段：生产装置、过程、手段：生产装置、过程、流程的模拟和优化运行用能过程监控优化生产操作条件，优化生产操作条件，确保过程用能始终保持在高效工况下运行过程控制与优化如何实现节能降耗2.过程用能组合优化夹点技术提升和设计换热网络对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费20％～50％，投资回收期一年左右；％，投资回收期一年左右％～％，投资回收期一年左右；对新建工厂换热设备进行优化设计，比传统方法可节省对新建工厂换热设备进行优化设计，投资10％～％，操作费节省％～50％。％～20％，操作费节省30％～投资％～％，操作费节省％～％。Exergy分析方法分析方法注重能量的质量高低或有效能的大小工艺装置能量优化、工艺装置能量优化、工艺装置及与其它单元之间的热联合、全厂低温热优化利用以及蒸汽动力系统综合优化应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，可取得极大的经济效益与社会效益。极大的经济效益与社会效益。先进控制和优化应用的效益Aspen公司数据表明：公司数据表明：实施APC取得的效益中，降低能耗占10％，产品质取得的效益中，降低能耗占％，％，产品质实施取得的效益中量提高占10%，提高装置生产平稳与安全性占％，量提高占，提高装置生产平稳与安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。％，提高加工能力占提高回收率占％，提高加工能力占％。Chemshare公司数据表明：公司数据表明：公司数据表明改造常规仪表获得10％的效益，用DCS改造常规仪表获得％的效益，在DCS上实改造常规仪表获得上实上实现RTO获得获得40获得40％的效益，上实现获得现APC获得％的效益，在APC上实现获得的效益。％的效益。Foxboro公司数据表明：公司数据表明：公司数据表明效益比：DCS为1:ARC为3:APC为5:RTO为9。效益比：为为为。过程控制与优化技术面临的挑战市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、先进控制和过程优化技术提出了新的要求和挑战严格的环保指标和成本控制要求，多目标、严格的环保指标和成本控制要求，多目标、变约束的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、先进控制和过程优化技术尚不能完全胜任，控制和过程优化技术尚不能完全胜任，需要进一步加强创新研究过程模型化技术和水平还远不能满足我国石化行业发展的需要关键石化技术国际供应商在模型上对我国实行技术封锁，需要自主地进行流程的设计、封锁，需要自主地进行流程的设计、优化和提升先进控制与优化技术面临的挑战过程模型和优化技术的创新与进步模型的准确性和效率、在线模型参数调整、模型的准确性和效率、在线模型参数调整、测量仪表故障补偿、系统扰动克服、仪表故障补偿、系统扰动克服、系统框架优化设计、系统长期维护困难等是造成现有技术在工业系统长期维护困难等是造成现有技术在工业装置上长期有效运行不理想的主要原因；装置上长期有效运行不理想的主要原因；过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、先进等关键技术的创新对流程模拟控制和过程优化至关重要；控制和过程优化至关重要；二、过程控制与优化的现状过程控制发展的回顾阶段控制理论控制工具控制要求控制水平一年代70以前以前）（年代以前）经典控制理论二年代）（70～80年代）～年代现代控制理论三年代）（90年代）年代控制论、信息论、控制论、信息论、系统论、统论、人工智能等学科交叉计算机网络、计算机网络、现场总线系统与智能仪表常规仪表分布式控制计算机（DCS））气动、液动、电动）（气动、液动、电动）安全、安全、平稳简单控制系统市场预测、快速响应、优质、高产、优质、高产、低消耗市场预测、快速响应、柔性生产、柔性生产、创新管理先进控制系统综合自动化（综合自动化（CIPS））先进的控制工具，先进的控制工具，DCS、现场总线控制系统的出现与完善；、现场总线控制系统的出现与完善；现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、非线性控制、性控制、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法仍然为目前国内外学术界与工程界的热点研究课题。外学术界与工程界的热点研究课题。APC、RTO、PMC的作用、、先进控制–确保操作运行在局部约束条件边界上随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，系优化/在线优化–，表现为控制目标多元化，统的复杂性不断增加，表现为控制目标多元化，变量统的复杂性不断增加追求效益最大化目标数目增多且相关性增强以及存在多种约束。数目增多且相关性增强以及存在多种约束。改进、过程监控–改进、提高运行效率先进控制优化/在线优化优化在线优化过程监控Operators工程界形成共识：工程界形成共识：Control+Optimization+Monitoring=ProfitsPlanning、RTO、APC的作用、、原材料信息获取/生产计划优化计划优化系统（PIMS））每月/周RawMaterialAcquisition/RunPlanOptimization采用简化模型，采用简化模型，仅考虑主要约束条件简化模型优化全厂全厂装置优化全厂装置优化预期进料预期进料、优化预期进料、操作条件和价格以效益最大化为驱动目标，实现经济定价以效益最大化为驱动目标，实现经济定价生产计划－每月/每周每周平均计划生产计划－每月每周平均计划调度约束、调度约束、价格等计划、计划、调度的过程变量操作条件实时优化在线优化（RTO））Current-RealTime-OperationsOptimization小时详细的工程模型，详细的工程模型，准确预测所有约束进行各个装置的单元优化单元优化，进行各个装置的单元优化，非全厂规模基于当前生产当前生产操作条件与价格进行优化基于当前生产操作条件与价格进行优化优化目标值能够自动执行优化目标值能够自动执行优化目标过程约束先进控制应用AdvancedControlApplications通过装置测试获取线性动态模型通过装置测试获取线性动态模型应用范围小于RTO（单一指标、控制回路等）应用范围小于（单一指标、控制回路等）进行动态约束控制进行动态约束控制各约束条件预先定义的预先定义的、各约束条件预先定义的、区分优先级别先进控制（APC））分钟APC/RTO实现过程RTO模型及其在线应用目标函数、定价、目标函数、定价、逻辑PA1进料/产品分析进料产品分析实验室OVEREAHDLIGHTENDSSS1LVNTOPWFPA2SS2HFATF计划调度人员PA3T101GOACRUDEPA4SS3HFHCNLCCOGOCCRUDEF-101F-170StmSS4HFHCCOLCCOFOCRUDEBLENDINGOVERFLASHCRUDET-151HCNT2101LVGOLCCOF-2101F-2150分析工程师价格驱动力限制约束CRUDEFCCU离线学习ASSAYBLENDF2101F2150HVGOSLURRYASPHALT优化工程师APC应用终端用户系统工程师RTO系统平台先控工程师DCS界面界面FC101操作工程师过程控制与优化的位置月/周周周/天天计划调度实时优化(RTO)小时分钟秒先进控制（APC））常规控制回路DCS–仪表先进控制技术（APC））目标：目标：处理多变量的约束控制提供单元的局部约束优化与动态控制主要特点：主要特点：基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）应包括装置单元的所有主要约束条件其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简），单的经济指标实现DCS层面上控制回路设定值的自动改变层面上控制回路设定值的自动改变实现技术创新：技术创新：多变量测试与辨识技术应用举例PTA溶剂脱水塔的溶剂脱水塔的APC应用：应用：溶剂脱水塔的应用溶剂脱水塔先进控制系统基于关键组分的多变量预测控制系统方案设计扰动（反应器抽出水）扰动（反应器抽出水）或进料量+回流温度（PX进料量回流温度）进料量回流温度）L（回流量设定值）（XD（塔底2O含量）塔底H含量XB（塔顶塔顶HAC含量）含量DP（全塔压差）（全塔压差）FV1（蒸汽流量阀位）蒸汽流量阀位）FV2（回流量阀位）回流量阀位）先进控制器GCV（蒸汽流量设定值）（T（塔底温度回路设定值）（目标：目标：稳定塔釜组成DI1702（釜水）（釜水）稳定塔釜组成降低塔顶酸耗和能耗应用举例MV测试（多变