流程综合自动化技术在石油化工企业中的应用

流程综合自动化技术在石油化工企业中的应用

梁杰灿

(中国神华煤制油化工有限公司,北京市100011)

[摘要]石油化工行业属于流程工业,对国民经济起着举足轻重的作用,随着经济全球化的发展,国际竞争日益激烈,这就要求石化工业企业必须进一步降低生产成本,及时高效地生产出满足市场需要的高品质产品,只有这样才能在竞争中处于有利地位。

[关键词]石化企业;流程;综合自动化;体系结构

1引言

石油化工是我国的支柱产业之一,在国民经济和社会发展中起着其他工业不可替代的作用。石油化学工业是一个典型的流程工业系统,以石油和天然气为主要原料,经过复杂的物理和化学变化过程,生产出燃料、润滑油、石蜡等产品,满足社会的需求,同时谋求企业的最大经济效益。随着经济全球化的发展,国际竞争日益激烈,要求石化工业企业必须进一步降低生产成本,及时高效地生产出满足市场需要的高品质产品,才能在竞争中处于有利地位。另一方面信息技术的飞速发展为石化企业提高市场竞争力提供了有力的工具,综合应用信息技术、现代管理技术以及先进的自动控制技术的综合自动化系统成为石油化学工业自动化技术发展的趋势。

2流程综合自动化技术概述

综合自动化系统又称现代集成制造系统,简称CIMS。1974年美国J.Harrington博士根据计算机技术的发展,预测其对机械制造业生产方式的影响,在《Com pute:Inte gra te dManufa cturing》一书中首先提出计算机集成制造的概念。八十年代,这一概念被广泛接受,并将其丰富、扩展作为制造业新一代生产方式来认识。石化企业综合自动化系统(CIPS)就是这一思想在连续流程工业企业的延伸,其含义是采用计算机技术、通讯技术、自动化技术以及有关生产技术,建立全企业或全厂的包括经营决策、管理信息、生产调度、监督控制和直接控制在内的管理及控制全部生产活动的综合自动化系统,从而达到提高企业经济效益和竞争能力的目的。

3石油化工企业对综合自动化技术的迫切需求

流程工业生产过程的物流和能量流连续,产品相对稳定,生产周期长,工艺流程基本不变。通过调整在线的工艺参数使生产具有一定范围的柔性;生产过程涉及各种物理及化学过程,具有机理复杂、数据信息量大、处理难度较大的特点。

从我国近年来工业统计数据来看,工业总产值、工业增加值等主要经济指标,石油和化学工业均居全国第1位,其实现利润占全国工业利润的四分之一强。在全世界大力提倡“节能降耗”的今天,石油工业企业仍存在着能耗高、成本高、劳动生产率低、资源利用率低的特点,能耗普遍比国外先进水平高出30%,劳动生产率只及国外的20%～30%左右,生产成本普遍高出国外1～2倍。美国60%的石化企业应用了先进控制技术(我国不到20%),在线优化的过程生产增加收益的典型值为装置产值的3%～5%(我国不到1%)。因此,借鉴离散制造加工业实施CIMS的成功经验,建立集监督控制、在线优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能于一体的流程工业CIMS,形成节能降耗、少投入多产出的高效生产模式,已成为石油化工行业自动化发展的一个必然趋势。

4流程综合自动化技术在石油化工企业中的应用分析

4.1总体方案

石化企业综合自动化产业化工程的实施实际上也是一种技术改造的过程。企业自身的求生存、争发展的过程,本来就是一个不断地进行技术改造的过程。石化企业综合自动化产业化工程所涉及的改造,比一般的技改范围更大,层次更高,是一种全方位的综合改造。

石化企业自动化产业化项目工程包括建立两大功能框架:自动化工程的硬件结构框架和软件结构框架。硬件结构框架通过对现有控制系统的重新优化配置,提供更准确、更具代表性的底层数据,大幅度提高装置的自动化水平,并通过企业内部局域网将企业生产经营过程内部生产装置的计算机控制系统、生产综合调度系统、生产安全保障系统、企业资源计划、企业生产经营管理决策系统物理相连,为解决自动化孤岛问题做好准备。工程项目包括增加现场控制点、DCS联锁扩容、全厂计算机信息管理系统的建设等;自动化工程的软件结构框架建立在硬件结构基础上,即通过运用优化控制理论、计算机技术、数据库技术、人工智能、专家系统、神经网络等理论和技术嫁接改造传统的化工生产工艺,极大地提高企业生产管理水平,达到节能降耗、长周期稳定生产的目标,从而降低生产经营成本,增强企业在市场中的竞争力。

4.2系统结构

根据我国特点及生产装置的具体情况,按照国际标准化组织提出的六级递阶控制结构,在“大型化工流程行业综合自动化示范工程”项目中采用五层纵向递阶结构。

第一级为基础控制级:这一级采用DCS作为实施工具,通过开发相应的先进控制系统,对各工艺参数实施有效的控制。通过这一级达到安全、稳定、长周期生产的目的。

第二级为优化级:对各基本核算单位,以获取最佳经济指标为目的,根据不同对象的不同特点,开发不同的优化方法,如:大系统的分解——

—协调优化算法、神经元网络和专家系统结合的优化方法。特别要满足实时优化的需要,建立数据一致性检验、模型的在线校正及各种优化算法库,达到节能降耗,提高产品质量、降低成本的目的。

第三级为调度级:通过接受管理级发来的对生产任务、目标的指定要求,针对实际生产能量分布情况,解决不同装置间的生产协调与平衡,判断瓶颈,提高“瓶颈”的通过能力,以求更高的生产效益。

第四级为管理级:以提高全员劳动生产率为目标,对直接生产信息与物资消耗、生产计划制定、检修周期安排等多方面相结合,实现企业信息集成与全面质量管理。

第五级为经营决策层:这一层次是为企业的高层领导服务。从参与市场竞争角度,提供市场需求信息,包括原材料采购、市场价格、劳动销售、生产计划调整等多方面信息与需求,辅助领导做好综合决策。这一级还考虑市场经济效益与社会效益相结合,去求取最佳结果。

4.3技术路线

4.3.1生产过程先进控制

以DCS内部联锁保护装置为基础,首先是实时数据采集管理,为后续的信息处理提供原始数据,还对采集的数据进行一致性检验。在这一级还要对一些重要的工艺参数实施定值或随动控制,特别对那些强偶合、大时滞或非自衡的关键变量,采用“分系统——

—多模块——

—集成运行”的方式,运用现代控制理论中多变量控制、预测控制等先进控制技术、参数一致性检验方法、先进控制算法,建立若干智能化基础故障诊断专家系统和局部或全局协调专家协调实现分层次、分级别的生产保护网络系统,以达到满意的控制质量指标。

4.3.2优化操作分系统

在这一级中,应根据生产计划或调度要求,对操作情况进行计算或协调;根据单元或装置级的能量消耗情况及与预期指标的偏差情况等,给操作人员提供各种时间长度的历史趋势显示,或与历史最佳状况对照比较。根据管理系统的要求,生成以班、日、月等不同单位的报表数据库,使系统保持高效率,优化运行,具体又可分为调度分系统、综合管理分系统和经营决策系统。调度级本身起着承上启下的作用,它的任务

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