常減壓裝置自動控制優化與提升

丁星(中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

儀表自控率是石油化工裝置重要的指標，在石油化工裝置的運行中起到重要的作用[1]。隨著工業自動化水平日益提升，企業信息化管理日益完善，我國石化行業對于生產裝置的自控率、平穩率以及生產裝置的在線監控日益重視。作為煉廠龍頭的常減壓裝置生產流程長、控制回路多，持續提高常減壓裝置自動化水平，優化其控制性能對于原油加工意義重大[2]。

1 常減壓裝置存在問題

1.1 手動回路多，裝置儀表自控率偏低

項目實施前常減壓裝置實際儀表自控率普遍偏低，很多關鍵工藝控制點無法長期投用自動控制。操作人員、工藝技術人員、生產技術人員不熟悉控制器參數的整定及控制器類型的選擇，沒有專業人員對裝置所有控制器參數及控制效果展開針對性的優化，當前的控制水平滿足不了裝置自控率提升的要求。

1.2 裝置串級等復雜控制回路投用率低

串級控制是裝置控制回路設計中常見的復雜控制回路，對于生產裝置及工藝指標控制有很重要的影響，較多串級或比值控制與產品質量及反應深度等直接相關。目前，裝置對單個控制回路的參數整定與優化尚不成熟，很難對串級控制、比值控制或三沖量控制等復雜控制進行優化與投用，導致裝置實際串級投用效果較差或無法投用串級控制。

1.3 裝置各工藝參數控制效果有待提升

裝置被控變量的平穩控制對裝置安全平穩生產有很大幫助。調研發現，項目實施前手動控制回路控制精度低，很多控制回路雖投用自動控制，但實際控制效果一般，主要體現在控制回路跟蹤速度慢、控制回路波動大等方面。

1.4 裝置操作強度及操作難度較大

當前裝置自控率不高、部分投用自動控制的回路運行效果不好、裝置波動頻繁，導致裝置操作比較困難。裝置上存在操作工操作難度較大，且操作量降不下來的難題。

1.5 裝置部分控制方案不符合當前控制需求

根據不同裝置不同工況特點應當有不同控制策略及控制方法，尤其運行中裝置儀表、閥門、公用工程、處理量等變量的不確定，優化人員需要深入研究被控單元指標及參數之間的相互關系，提出對裝置實際控制、操作便利性和產品質量等有益的方案。舉例如下：

項目實施前常壓塔液位與減壓爐各支路流量為串級控制，由于需要保持各支路出口溫度基本一致，導致常壓塔底液位無法實現自動控制，為控制各支路溫度和常底液位，操作員需要經常調節各支路流量閥，常壓塔底液位在46%～60%范圍內波動，4條支路溫差經常達到2.5 ℃，影響爐子熱效率。

1.6 裝置報警未實現在線監控，現場報警頻繁

報警管理是企業采用信息化管理提升裝置安全監管的重要手段，目前全廠裝置未能實現有效在線監控和統計分析?，F場報警頻繁，部分回路采用缺省報警值，沒有根據實際工況設定合理的報警值，有時又因設備故障產生的報警不能及時處理，產生的報警數量多而且時間間隔短，存在報警泛濫的現象。

2 項目實施目標

常減壓裝置進行控制系統優化、提高控制精度、改善控制效果的目標如下：實時自控率達到96%以上，月均自控率達到98%以上；提高控制回路的控制質量，控制平穩率達到98%以上；提高裝置生產平穩率，降低目標產品收率的波動，提高產品質量；裝置日均發生過程報警次數降為實施前的10%，或者50次/100個控制回路；裝置日均操作次數降為實施前的10%，或者100次/100個控制回路；實現裝置的全流程自動、一鍵操作和最長無報警時間操作。

3 項目優化內容

3.1 控制回路優化

對生產裝置的每一個回路進行對象特性辨識，根據辨識的對象特性，選擇合適的PID控制形式，再根據對象特性和選定的PID控制形式整定PID參數，然后將合適的PID參數置入生產現場。

3.2 全流程自動和一鍵操作

滿足工藝協調、原料配比等方面的條件(主要是工藝方面的)，則可以達到全流程自動和一鍵操作。

3.3 凈屏操作

裝置的DCS系統安裝凈屏軟件，當存在工藝、設備或者儀表問題時，生產裝置就不能做到凈屏操作。因此，應該對工藝、設備或者儀表進行整改，直到達到凈屏操作的條件。

4 常減壓裝置全流程優化成果

4.1 自控率大幅度提高，串級復雜控制全部投運

常減壓裝置自控提升工作全部完成，已投用自動回路提高其控制精度，未投用自動回路進行了閥門、儀表測試，投用自動或給出處理建議。自控率得到了明顯提高，常減壓裝置平均自控率由30.56%提高至98.96%，常減壓裝置長周期平均自控率達到98.83%。

4.2 控制平穩率達到高水平

自控提升項目范圍內裝置優化工作全部完成，大量手動控制回路投用自動控制，自動控制回路控制效果明顯改善，可保證控制回路長周期自動平穩運行。

4.3 報警設置合理化，無效報警大幅減少

自控提升項目中全廠裝置上線了報警監控，具備強大數據統計分析功能，配合工藝、儀表、設備對報警逐條進行分析梳理，持續進行報警優化，無效報警大幅減少。

4.4 自動控制水平提高，裝置操作量大幅下降

自控提升項目實施后，裝置自動控制水平明顯提升，重難點控制方案作出優化完善，裝置平穩運行時報警量大大降低，有效減少了操作人員勞動強度。

4.5 凈屏系統完成上線

智能隱屏系統（凈屏系統）已全部完成安裝部署，當裝置在5 min內沒有報警和操作，黑屏系統啟動并從5 min開始累計時長，當裝置出現報警或操作時黑屏系統自動結束。24 h無報警操作時長為該裝在過去24 h內的黑屏累計時長。

4.6 生產方差平穩率提升

300萬噸/年常減壓裝置的方差平穩率在項目優化前維持在97.5%左右，裝置經過PID參數優化及控制方案整改，方差平穩率長期維持在98.5%左右，與優化前相比，裝置方差平穩率提升1%。

4.7 產品質量提升

穩定塔塔頂液化氣含量分析，通過控制優化，穩定塔塔頂壓力、塔頂溫度和再沸器出口溫度控制穩定，穩定塔整體分離效果提升，項目實施前塔頂液化氣中C5及C5以上組分含量經常在0%～1.4%波動，實施后中C5及C5以上組分保持在0.01%～0.20%之間。減少了液化氣在石腦油中的損失，同時提高石腦油的純度。

5 重點難點問題攻關

5.1 加熱爐優化效果顯著

實施前加熱爐自控率普遍較低，裝置上基本依靠經驗手工調整控制變量。波動較大時，經常犧牲工藝參數控制精度，使得其熱效率遠遠低于預期設計，加熱爐抗干擾能力也得不到充分發揮。實施改造后，常減壓裝置加熱爐出口溫度、氧含量、負壓控制的精準度大大改善，波動幅度大幅降低，如表1所示。

表1 熱爐出口溫度、氧含量、負壓控制改造前后數值對比

5.2 分餾塔、機組和電脫鹽罐等關鍵參數平穩率提升

優化前裝置的分餾塔普遍存在的問題：塔中各工藝參數波動大，手動控制效果差；精餾效果不理想，造成輕組分沒有完全蒸至塔頂，塔底組分不合格，重組分由于溫度、回流等影響蒸到塔頂，造成塔頂產品不合格，塔的能耗偏高。

自控提升項目對關鍵控制點結合上下游進行全流程優化，精餾塔溫度、塔壓、系統壓力等取得明顯改善，平均標準偏差下降達到77.18%。

5.3 蒸汽發生器（常一中）汽包出口管線壓力控制

汽包D901出口管線壓控PIC90101，在優化前已經投用自動控制。由于該控制回路的PID參數不合適，壓力及閥位波動均明顯較大，對后路過熱蒸汽壓力影響較大。經過PID參數優化后，壓力測量值波動由 0.341～0.358 MPa減小至 0.346～0.349 MPa，提高汽包的穩定性和安全性，優化后的壓力波動范圍為優化前的1/5。

5.4 電脫鹽注水罐液位控制

電脫鹽注水罐D110液控LIC11001，在優化前已經投用自動控制。由于該控制回路的PID參數不合適，液位及閥位的波動較大，引起二級電脫鹽罐界位波動也較大。經過PID參數優化后，液位測量值波動由62.8%～66.9%減小至63.4%～64%，閥位波動由55%～67%減小至58.5%～59.4%。與優化前相比，優化后的液位波動范圍為優化前的1/4，閥位波動范圍為優化前的1/10。

5.5 二級電脫鹽罐界位/電脫鹽注水流量控制

二級電脫鹽罐D102界控LDIC10202，在優化前已經投用自動控制。由于該控制回路的PID參數不合適，界位及閥位的波動較大，引起一級電脫鹽罐注水流量FIC10101的波動也較大。經過PID參數優化后，閥位波動由56%～60%減小至58%～59%，FIC10101流量波動由12～20 t/h減小至16.2～17.3 t/h，優化后的閥位波動范圍為優化前的1/4，FIC10101流量波動范圍為優化前的1/8。

5.6 穩定塔回流罐液位

項目實施前穩定塔回流罐液位LIC1101與液化氣流量FIC61201組成串級控制，由于FIC61201低流量不顯示導致串級無法投用，操作員需要經常調節液化氣流量閥門，操作量大且液位控制不穩定，液位在35%～65%范圍內波動。經討論后改為液位主控，液位穩定在設定值的±1%范圍內，提高穩定塔的穩定性。

5.7 電脫鹽罐壓力控制

項目實施前一級電脫鹽罐壓力PIC10101和二級電脫鹽罐壓力PIC10201高選控制原油進裝置流量，操作員需要調節電脫鹽后閥門HIC51001和HIC51002控制壓力，操作量大且壓力控制不穩定，一級電脫鹽罐壓力在1.0～1.2 MPa范圍內波動。經討論改為電脫鹽罐壓力高選控制脫后手操器，壓力穩定在設定值的±0.02 MPa范圍內，優化后壓力波動幅度降低為優化前的1/5。

5.8 常壓塔頂溫度控制

項目實施前常壓塔頂溫度TIC31001與回流量組成串級控制，由于副回路儀表不準確，導致串級無法投用，操作員需要經常手動回流閥控制溫度，溫度在119～122 ℃范圍內波動。經討論后改為溫度單回路主控，投用后溫度穩定在設定值的±0.5 ℃范圍內，優化后溫度波動幅度降低為優化前的1/3。

5.9 常壓塔回流罐壓力控制

項目實施前常壓塔頂回流罐壓力PIC33001已投用單回路自動控制，由于閥門卡塞和PID參數不合理導致壓力在設定值的±1 kPa范圍內波動。經PID參數優化后，壓力穩定在設定值的±0.5 kPa范圍內，提高常壓塔的穩定性和分離效果，壓力波動幅度降低為優化前的1/2。

6 結語

通過常減壓裝置自動控制優化與提升項目的實施，項目要求指標全部達成，自控平穩率提升，各項指標改善，配合工藝操作優化，可以帶來物耗能耗優化，產品收率提高的直接效益，而且將形成良性循環，極大地提升了裝置運行水平。