實時優化技術在乙烯裝置應用

高航

摘 要：基于當下我國乙烯生產整體水平滯后性顯著及乙烯工業生產期間所用原材料質量不統一等實況，提出落實乙烯裝置性能優化的建議，以提升其整體運行效益，減縮和世界乙烯生產先進水平間的距離。文章在闡述實時優化技術該類與類型的基礎上，對其在乙烯裝置中的具體應用措施做出探究。結果表明，該技術的應用，能促使乙烯裝置的操作達到最優的經濟效益操作點，實現節能減排目標，協助乙烯生產企業創造更大的經濟價值。

關鍵詞：乙烯裝置；實時優化；在線優化；有效控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.042

1 實時優化技術

實時優化技術為一類集離線分析、實時優化、數據調整及線上監控等功能為一體的控制技術。“what-if”模擬分析法能實現對產品生產期間可能存在的不可控因素進行分析，進而為生產方案的制定提供更有現實說服力的理論依據。實時優化技術為最近幾年發展起來的技術類型，其作用是將與決策相關的各類數據信息等與生產過程相對接，幫助企業決策者能及時的了解市場行情，并科學調整企業產品的生產模式與路線，結合實時數據庫持續性的調整相關數據，促進模型中數據的更新進程，實現各類信息與生產實踐的同步性，實現對管理目標與生產技術指標的整體控制，提升生產管理水平。

2 實時優化技術的發展現狀

（1）穩態實時優化技術。該技術主要由穩態檢測、數據整頓、模型參數更新、優化計算和與APC 動態管控五個模塊構成，穩態檢測最典型特征是穩態與優化過程實時發生進行，該技術在運行期間需保證相應系統狀態的穩定性。另外，和動態實時優化相比較，機理模型是本技術模型建設期間常用類型，該模式適用對象較為廣泛，在大范圍非線性問題優化處理領域體現出良好的應用效能。

（2）動態實時優化技術。穩態實時優化系統在運行期間，實時優化的運行周期要明顯大于控制周期，其有部分系統過程參數變化快速，可能會對技術應用期間經濟利潤獲得情況產生較明顯的負面影響（見圖1）。為解除以上現實問題，建議采用動態實時優化技術，該技術的運行機理是能在相同時間內同時發揮實時優化與優化控制性能。

3 實時優化技術在乙烯裝置中的具體應用

（1）乙烯生產程序。在本文的研究分析中，擬定將穩態實時優化技術整合至具備順序分離程序的乙烯裝置設備內。在該設備現實運行期間，液化石油氣、石腦油等生產材料被輸送至裂解爐內，在高溫作用下會形成裂解反應，為降低或規避裂解爐出口裂解氣副反應情況的，可采用把裂解氣迅速輸送到急冷區中的措施，以實現良好的降溫目標，經急冷區排出的氣體經由五段離心壓縮機后其壓力將會提升至4.OMPa，是原始壓力的十倍有余。繼而裂解氣被輸送至相應的器皿中進行干燥處理后，輸送至深冷分離單元內，裂解氣在脫甲烷塔內實現分離，塔頂產物以甲烷為主，而塔釜物料經脫乙烷塔、脫丙烷塔與脫丁烷塔等裝置設備后，分別獲得C2、C3、C4的產物，而C2、C3對應的產物經過加氫處理后，精餾生成乙烯、丙烯產品。

（2）乙烯穩態實時優化問題。乙烯生產工藝是一個極為繁瑣的過程，需要多種多變量優化的單元操作配合。且乙烯和其他石油化工產品生產存在較大差異，伴隨時間的變化其優化操作點也發生相應改動，過程極為復雜，若僅依靠技術結合設計參與操作，通常難以獲得最優的操作效果。

（3）實時優化技術的應用。首先建設模型。項目在運行期間應用Invensys的ROMeo軟件對數臺裂解爐進行較周密的機理建模，具體是把SPYRO—Online（S-RTO）模塊設為裂解反應的主要組件，并將其整合至裂解爐模型內，同時結合乙烯裂解工藝特征增設測量與控制關鍵點，將OPC協議和實時數據庫PHD有效銜接，并把DCS測量數據傳導至ROMeo軟件內，這是動態化模擬測算目標實現的最有效措施之一。針對乙烯裂解爐反應的核心模塊，擬定將其鑲嵌于ROMeo軟件內以實現與生產工藝有機整合。實時優化系統內最重要的部分是乙烯全裝置機理模型的建設。本文將裂解爐機理模型研發為實例進行分析，結合裂解爐裝置結構、工藝流程與優化方案等指標，可把裂解爐的主要工藝簡化為功能設計圖，繼而結合功能設計圖、實時操作數據與裂解爐設計參數等指標，構建裂解爐裝置周密化的機理模型（見圖2），應用多種生產工藝數據整理裝置爐機理模型內的相關數據，強化其與乙烯現實生產工藝之間的相符性。其次，安設優化控制器。本項目運行期間決定在每一臺裂解爐上安設3個優化控制器。可應用階躍法實現對靈敏度的分析，通過調整各個裂解爐COT（+1℃）、稀釋比（0.01）、進料流量（+1t/h）等參數，模擬測算出多種生產狀況下裝置的整體運行效率，探尋在設定的上下限防臭中的最佳參數，以提升裝置的經濟效益。最后，建設價格體系。這是體現出乙烯裂解裝置整體生產效益的主要方法，擬定在長時間離線優化經驗的基礎上，建設符合乙烯上下游生產鏈條的價格體系。能夠定期對乙烯裝置產品進行價值拓展，在以上數據信息的協助下，指導實時優化控制系統的建設過程。

4 結語

乙烯我國重要的石化基礎產業，對促進國民經濟增值、石油化工產業及工業社會發展中發揮重要作用。結合本文內容，筆者發現乙烯裝置實時優化系統的建設與應用，能夠在不增加大型設備投資成本的基礎上，有效發揮現有生產裝置的運行潛能，促使增產、節能與降耗等目標的順利實現，提升乙烯裝置運行的安全性，協助生產企業獲得更高的經濟效益。