實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置應(yīng)用

高航

摘 要：基于當(dāng)下我國乙烯生產(chǎn)整體水平滯后性顯著及乙烯工業(yè)生產(chǎn)期間所用原材料質(zhì)量不統(tǒng)一等實(shí)況，提出落實(shí)乙烯裝置性能優(yōu)化的建議，以提升其整體運(yùn)行效益，減縮和世界乙烯生產(chǎn)先進(jìn)水平間的距離。文章在闡述實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)該類與類型的基礎(chǔ)上，對(duì)其在乙烯裝置中的具體應(yīng)用措施做出探究。結(jié)果表明，該技術(shù)的應(yīng)用，能促使乙烯裝置的操作達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益操作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，協(xié)助乙烯生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：乙烯裝置；實(shí)時(shí)優(yōu)化；在線優(yōu)化；有效控制

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

1 實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)

實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)為一類集離線分析、實(shí)時(shí)優(yōu)化、數(shù)據(jù)調(diào)整及線上監(jiān)控等功能為一體的控制技術(shù)。“what-if”模擬分析法能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)期間可能存在的不可控因素進(jìn)行分析，進(jìn)而為生產(chǎn)方案的制定提供更有現(xiàn)實(shí)說服力的理論依據(jù)。實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)為最近幾年發(fā)展起來的技術(shù)類型，其作用是將與決策相關(guān)的各類數(shù)據(jù)信息等與生產(chǎn)過程相對(duì)接，幫助企業(yè)決策者能及時(shí)的了解市場行情，并科學(xué)調(diào)整企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式與路線，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫持續(xù)性的調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，促進(jìn)模型中數(shù)據(jù)的更新進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)各類信息與生產(chǎn)實(shí)踐的同步性，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理目標(biāo)與生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的整體控制，提升生產(chǎn)管理水平。

2 實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)主要由穩(wěn)態(tài)檢測、數(shù)據(jù)整頓、模型參數(shù)更新、優(yōu)化計(jì)算和與APC 動(dòng)態(tài)管控五個(gè)模塊構(gòu)成，穩(wěn)態(tài)檢測最典型特征是穩(wěn)態(tài)與優(yōu)化過程實(shí)時(shí)發(fā)生進(jìn)行，該技術(shù)在運(yùn)行期間需保證相應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定性。另外，和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化相比較，機(jī)理模型是本技術(shù)模型建設(shè)期間常用類型，該模式適用對(duì)象較為廣泛，在大范圍非線性問題優(yōu)化處理領(lǐng)域體現(xiàn)出良好的應(yīng)用效能。

（2）動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)。穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)在運(yùn)行期間，實(shí)時(shí)優(yōu)化的運(yùn)行周期要明顯大于控制周期，其有部分系統(tǒng)過程參數(shù)變化快速，可能會(huì)對(duì)技術(shù)應(yīng)用期間經(jīng)濟(jì)利潤獲得情況產(chǎn)生較明顯的負(fù)面影響（見圖1）。為解除以上現(xiàn)實(shí)問題，建議采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，該技術(shù)的運(yùn)行機(jī)理是能在相同時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)揮實(shí)時(shí)優(yōu)化與優(yōu)化控制性能。

3 實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置中的具體應(yīng)用

（1）乙烯生產(chǎn)程序。在本文的研究分析中，擬定將穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)整合至具備順序分離程序的乙烯裝置設(shè)備內(nèi)。在該設(shè)備現(xiàn)實(shí)運(yùn)行期間，液化石油氣、石腦油等生產(chǎn)材料被輸送至裂解爐內(nèi)，在高溫作用下會(huì)形成裂解反應(yīng)，為降低或規(guī)避裂解爐出口裂解氣副反應(yīng)情況的，可采用把裂解氣迅速輸送到急冷區(qū)中的措施，以實(shí)現(xiàn)良好的降溫目標(biāo)，經(jīng)急冷區(qū)排出的氣體經(jīng)由五段離心壓縮機(jī)后其壓力將會(huì)提升至4.OMPa，是原始?jí)毫Φ氖队杏唷＠^而裂解氣被輸送至相應(yīng)的器皿中進(jìn)行干燥處理后，輸送至深冷分離單元內(nèi)，裂解氣在脫甲烷塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)分離，塔頂產(chǎn)物以甲烷為主，而塔釜物料經(jīng)脫乙烷塔、脫丙烷塔與脫丁烷塔等裝置設(shè)備后，分別獲得C2、C3、C4的產(chǎn)物，而C2、C3對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)過加氫處理后，精餾生成乙烯、丙烯產(chǎn)品。

（2）乙烯穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化問題。乙烯生產(chǎn)工藝是一個(gè)極為繁瑣的過程，需要多種多變量優(yōu)化的單元操作配合。且乙烯和其他石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)存在較大差異，伴隨時(shí)間的變化其優(yōu)化操作點(diǎn)也發(fā)生相應(yīng)改動(dòng)，過程極為復(fù)雜，若僅依靠技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)參與操作，通常難以獲得最優(yōu)的操作效果。

（3）實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用。首先建設(shè)模型。項(xiàng)目在運(yùn)行期間應(yīng)用Invensys的ROMeo軟件對(duì)數(shù)臺(tái)裂解爐進(jìn)行較周密的機(jī)理建模，具體是把SPYRO—Online（S-RTO）模塊設(shè)為裂解反應(yīng)的主要組件，并將其整合至裂解爐模型內(nèi)，同時(shí)結(jié)合乙烯裂解工藝特征增設(shè)測量與控制關(guān)鍵點(diǎn)，將OPC協(xié)議和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫PHD有效銜接，并把DCS測量數(shù)據(jù)傳導(dǎo)至ROMeo軟件內(nèi)，這是動(dòng)態(tài)化模擬測算目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的最有效措施之一。針對(duì)乙烯裂解爐反應(yīng)的核心模塊，擬定將其鑲嵌于ROMeo軟件內(nèi)以實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)工藝有機(jī)整合。實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)最重要的部分是乙烯全裝置機(jī)理模型的建設(shè)。本文將裂解爐機(jī)理模型研發(fā)為實(shí)例進(jìn)行分析，結(jié)合裂解爐裝置結(jié)構(gòu)、工藝流程與優(yōu)化方案等指標(biāo)，可把裂解爐的主要工藝簡化為功能設(shè)計(jì)圖，繼而結(jié)合功能設(shè)計(jì)圖、實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)與裂解爐設(shè)計(jì)參數(shù)等指標(biāo)，構(gòu)建裂解爐裝置周密化的機(jī)理模型（見圖2），應(yīng)用多種生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)整理裝置爐機(jī)理模型內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化其與乙烯現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工藝之間的相符性。其次，安設(shè)優(yōu)化控制器。本項(xiàng)目運(yùn)行期間決定在每一臺(tái)裂解爐上安設(shè)3個(gè)優(yōu)化控制器。可應(yīng)用階躍法實(shí)現(xiàn)對(duì)靈敏度的分析，通過調(diào)整各個(gè)裂解爐COT（+1℃）、稀釋比（0.01）、進(jìn)料流量（+1t/h）等參數(shù)，模擬測算出多種生產(chǎn)狀況下裝置的整體運(yùn)行效率，探尋在設(shè)定的上下限防臭中的最佳參數(shù)，以提升裝置的經(jīng)濟(jì)效益。最后，建設(shè)價(jià)格體系。這是體現(xiàn)出乙烯裂解裝置整體生產(chǎn)效益的主要方法，擬定在長時(shí)間離線優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建設(shè)符合乙烯上下游生產(chǎn)鏈條的價(jià)格體系。能夠定期對(duì)乙烯裝置產(chǎn)品進(jìn)行價(jià)值拓展，在以上數(shù)據(jù)信息的協(xié)助下，指導(dǎo)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)的建設(shè)過程。

4 結(jié)語

乙烯我國重要的石化基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增值、石油化工產(chǎn)業(yè)及工業(yè)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。結(jié)合本文內(nèi)容，筆者發(fā)現(xiàn)乙烯裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，能夠在不增加大型設(shè)備投資成本的基礎(chǔ)上，有效發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運(yùn)行潛能，促使增產(chǎn)、節(jié)能與降耗等目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，提升乙烯裝置運(yùn)行的安全性，協(xié)助生產(chǎn)企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。