实时优化(RTO)技术在炼油和乙烯装置上的应用

5/29/201511实时优化技术在炼油和乙烯装置上的应用-优化操作，提高效益徐晓燕高级技术顾问2015年5月2实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/201523ROMeo是:由SE/SIMSCI和ShellUS于1995-1998年合作开发SE/SIMSCI图形用户界面(GUI)设备模型库热力学性质数据库Shell代数模型系统（MITER)方程求解法/SQP优化器(OPERA)大量在线闭环优化的经验ROMeo:RigorousOnlineModelingandEquation-BasedOptimization（严格在线建模和基于方程的优化）ROMeo是专门面向生产装置开发的实时优化(RTO)平台ROMeo是世界排名第1的实时优化平台4实时优化技术在亚洲的实施经验(2000–2013)炼油装置33公用工程装置8乙烯装置8上游装置1气体分离装置1物料平衡系统1整个炼油厂1合计535/29/201535在亚洲的实时优化业务(ROMeo,ARPM)日本:Refinery13Petrochemical7韩国:HDO,SK,S-Oil中国:Petrochina,BASF-YPC,ZRCC台湾:FPCC泰国:ThaiOil,SPRC,PTTGC(Aroma,Refinery,Olefin),BCP,PTTGSP马来西亚:Petronas新加坡:SRC印度:Reliance越南:BSRASEANIndia6实时优化技术在炼油装置上的应用分布5/29/201547公司级实施实时优化案例ExxonMobil/Shell–完全由最终用户实施ThaiOil–完全由施耐德RTO团队实施Reliance–施耐德团队提供培训和咨询-2006年采用ARPM,与英维思一起,建立10套装置的模型-2012年第1季度采购公司级的ROMeo软件许可,包括培训和7年的软件维护和服务-2012年第3季度与施耐德签署咨询协议-建立的执行团队有公司级的核心团队和操作层的建模团队-2013年10月在达拉斯的ROMeo用户年会上演讲了CDU装置实施ROMeo的效益8实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/201559在线优化-ROMeo一个综合的在线优化解决方案方便建模严格机理模型调和能力目标和约束处理数据管理系统外部数据界面–读仪表-写设定点数据筛选,数据整定实时系统将模型放置在线(自动)序列和任务排程集成的解决方案开发的设计(以目标为导向)第三方组件（反应器技术,例如KBC的反应器模型）用户增加的模型10实时数据库常规控制系统LP矢量更新计划调度系统生产目标价格ROMeo数据整定能量和质量平衡模型整定严格的非线性优化优化的设定点工艺变量APC模型预测控制器模型预测控制器CVs,MVs&FVsCV&MV目标ROMeo功能结构图5/29/2015611ROMeo图形界面12RTS(实时序列)RTS有自己的图形用户界面客户端和自己的服务器RTS图形用户界面客户端可以根据PFD图，配置序列:5/29/2015713外部数据界面(EDI)在ROMeo项目和外部数据库之间的数据传递界面读仪表数据,写设定点由ROMeo的图形用户界面可以进行配置支持ODBC(Excel,MSAccess,ORACLE),PI,PHD,IP21,OPCServer-Client,AIM*和@aGlance数据库14实时优化与其他技术的集成原油数据库信息，例如SPIRAL原油数据库提供宽范围的轻端组份到C10的数据，代表石脑油的纯组份数据库要求自动的油品数据更新系统(例如今天的原油罐原油混合比例%的信息)闭环实时优化要求好的先进控制系统APC可以接受RTO目标值，如：受控变量目标值，作为DMC+的外部目标,SMOC的优化目标和RMPCT的希望目标ROMeo可以获取APC的值，如：控制器开/关状态,MV/CV开/关状态,MV和CV高/低限实时数据库(PI,PHD等)用于实时优化的性能监测在实时数据库或DCS中配置实时优化操作员界面反应器模型的维护(CCR,Hydrocracker,FCC等)乙烯裂解炉软件的集成（Spyro)5/29/2015815实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程16装置的变化是需要实时优化的主因举例：RFCC装置进料的实时变化5/29/2015917#1(R)RTO_PRICE_FI66047/8/201008:53:0184.83$/BBL(Raw)NetGasPriceforRCCRTO:FromCommercial($/BBL**#2(R)RTO_PRICE_FI750247/8/201008:53:0176.85$/BBL(Raw)RCC-FRCCSPriceforRCCRTO:FromCommercial**#3(R)RTO_PRICE_FC730447/8/201008:53:0180.30$/BBL(Raw)LCOPriceforRCCRTO:FromCommercial**#4(R)RTO_PRICE_FC730587/8/201008:53:0156.38$/BBL(Raw)DCOPriceforRCCRTO:FromCommercial**#5(R)RTO_PRICE_FX75037B7/8/201008:53:0172.24$/BBL(Raw)Propylene(C3=)PriceforRCCRTO:FromCommerci**#6(R)RTO_PRICE_FX755537/8/201008:53:0180.64$/BBL(Raw)HVNPriceforRCCRTO:FromCommercial**#7(R)HOTFEEDPRICE7/8/201015:19:5170.23$/BBL(Snapshot@1Min)MIXHOTFEED(EXCLOMAR2OMLSFO&OM**100.0050.00100.0050.00100.0050.00100.0050.00100.0050.00100.0050.00100.0050.006/8/201015:40:437/8/201015:40:43PRICE@30d0h0m0s装置的变化是需要实时优化的主因-举例价格的变化也是实时发生18装置的变化是需要实时优化的主因-举例RFCC装置实施RTO的累加和平均效益5/29/20151019先进控制动态模型装置稳态操作效益来自最大化进料固定切割点和节能线性规划的方向是预先设定每1分钟运行实时在线优化稳态模型装置优化操作效益来自产率的变化、节能和优化进料流量根据目标函数优化方向可以改变每10分钟~2小时运行先进控制vs.实时在线优化20先进控制vs.实时在线优化•典型的优化变量，而先进控制无法决定•举例：即使多变量预估控制运行良好，产品切割点固定，常减压装置实时在线优化系统的效益可以来自以下优化点：No.优化点折衷关系1中段回流热负荷顶部中段回流负荷越高：分离越好底部中段回流负荷越高：热量回收越好(节能)2主分馏塔塔顶压力塔顶压力越高:降低压缩机负荷，分离越好塔顶压力越低:节能越好3加热炉出口温度温度越高:减少渣油(提高有价值产品),分离越好温度越低:节能越好4提馏蒸汽比率蒸汽比率越高:降低分压,分离越好蒸汽比率越低:节能越好5/29/20151121RigorousRealTimeOptimizationBenefits实时在线优化的效益增加效益固定规范优化规范Average197319871999totoandbeyondAPC之前手动的优化每年更新目标APC之后单装置的优化每月更新目标RTO之后多装置的优化每天4~6次更新目标减少变化提高优化的频率RTO正为工业领导者广泛地和成功地使用SOLOMON–2006全球炼油自动性能分析22实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/20151223实时优化技术在CDU装置的应用概况:•原油处理量150，000桶/天•2005年3月15日,项目开工•项目进度:12个月•项目结果:实现在线闭环优化系统在线率82%效益：220万美元/年（对750万吨/年CDU装置，效益约5美分/桶）•2008年ThaiOil与SE全面合作,开展整个炼油厂ROMeo的实施24实时优化技术在CDU装置的应用技术要点・优化变量数(独立变量)=20・约束变量数(因变量)=60主要优化变量-原油预热系统换热器旁路流量-加热炉出口温度-主塔压力-主塔侧线回流量(#1,#2,#3)-主塔提馏蒸汽量-产品性质目标约束变量•各产品采出量•加热炉进口温度•产品杂质含量目标函数:最大化效益项目目的实施APC的CDU装置更加高效化运行考虑产品收率和能耗的最优运行考虑产品价格、原油价格、原油性质、环境温度的影响CrudePreheatTrains123456CDU-3F-2101OverheadSystemC-2601C-2701123456HVU-3123456HVU-2HVU-3PreheatTrainsHVU-2PreheatTrainsF-2201F-2251CrudeFeedSystemLongResiduefeedfromCDU-2CDU-1/CDU-2HCU-2HCU-2CCRsP/M项目范围CDU3/HVU2/HVU3包括原油\预热\加热炉\塔\产品5/29/20151325MainColumnKeroLGOHGOARDe-butanizerDesalterー～Furnace～Desalterー26ROMeo系统结构AppNode(1)(OPCServer)TDC3000LCN(DCS)UniversalStationROMeoServerPIReal-TimeDatabaseAPC#1SMOCServerROMeoClientAPC#2SMOCServerAppNode(2)(OPCServer)5/29/20151427ROMeo的实施ROMeo经过优化，每2个小时将多数加热炉的出口温度、TCR/MCR/LCR的泵回流流量和温度、每个产品的性质目标、提馏蒸汽、R/D温度等的目标送到SMOC控制器，提高最高价格产品（煤油）的收率通过提高LRR/D的温度，改善CDU/HVU装置之间的热量集成，直到卡边到CDUAPH的壁温的约束28测试结果-1提高更有价值重石脑油的产量，降低轻石脑油的产量CurrentValueOPTValueHighLimitLowLimitLightNaphthaFlow(T/D)1400150016001700180019002000140020001400200014002000StartDownloadingTargetStopDownloadingTargetCurrentValueOPTValueHeavyNaphthaFlow(T/D)320033003400350036003700380032003800StartDownloadingTargetStopDownloadingTarget5/29/20151529测试结果-2降低轻石脑油的终馏点，将轻石脑油转移到重石脑油，同时重石脑油的初馏点的约束卡在下限CurrentValueOPTValueHighLimitLowLimit7/30/200912:00:00AM7/27/200912:00:00AM3.00daysLightNaphthaFBP(degC)82838485868788828882888288Start