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1、炼化行业装置平稳率计算与应用1 引 言装置平稳率考核是炼化企业工艺管理业务中的重要内容之一。现代炼化企业的生产工艺管理主要包括装置工艺卡片执行情况，装置操作规程、开停工程序、工艺方案切换的执行情况，工艺指标记录、保存情况以及装置交接班、巡检情况等内容。而工艺卡片作为装置生产的技术标准，其执行情况正是由装置平稳率考核来衡量，其考核方法就是用装置运行过程中各种指标数据与工艺卡片上的工艺约束条件进行比较。来分析判断指标偏差情况，从而对生产运行、产品质量和人员操作水平进行量化考核。装置运行效率是装置能够“安全、稳定、长周期、满负荷、优质” 运转的保证，因此企业从技术、制度、管理方面采取了大量的措施来保
2、证装置的平稳运行，装置平稳率考核正是企业所采取的重点关注的技术手段。目前，大多数企业均将装置平稳率的标准定为 95以上。在炼化行业大力发展信息化的今天，MES 系统（生产执行系统）正被越来越多的企业所重视。作为企业生产执行层面的信息系统，MES 集成了过程控制层面 DCS、PLC 系统的实时数据，侧重于对企业生产过程的实时监控和管理，对各项生产管理业务的优化。如今，借助 MES 系统的实施应用，装置平稳率考核业务得到了进一步的提升。2 装置平稳率通用计算原理和考核方法2.1 通用计算方法工艺卡片是指导工人操作装置运行，判断装置运行状态的技术标准。工艺卡片上的工艺指标表示装置在不同情况下能够平稳
3、运行的工艺条件范围，因此判断一段时问内装置是否平稳运行的方法就是统计出该时间段内装置运行超出工艺约束条件的指标数量。由此得出装置平稳率的基本计算公式如下：装置平稳率（1工艺指标超标次数累计和总的工艺指标参与考核次数累计和）100目前在企业工艺管理的实际应用中，装置平稳率考核主要分为以装置为单位计算月、季、年的装置平稳率和以班组为单位计算月、季、年的装置平稳率两大类。前者用来满足分厂级和公司级工艺管理部门对装置考核的需求。后者用来满足车间管理人员对班组操作考核的需求。无论是以装置为单位。还是以班组为单位，其基本的计算原理都是基于每个工艺指标在考核时间段内（月、季、年）的平稳率，再进行算术平均得出
4、的结果。以装置为单位，计算装置月平稳率，其计算原理为该装置所有工艺指标月平稳率的算术平均值，其公式如下：装置月平稳率该装置所有工艺指标月平稳率之和所有工艺指标数量之和其中，工艺指标月平稳率（1该工艺指标当月超标次数累计和该工艺指标参与考核次数累计和）100；以班组为单位，计算装置月平稳率，其计算原理为该装置所有工艺指标在本月该班组值班周期内平稳率的算术平均值，公式如下：班组月平稳率装置所有工艺指标在本月该班组值班周期内平稳率之和所有工艺指标数量之和其中，工艺指标在本月该班组值班周期内平稳率（1该工艺指标在本月该班组值班周期内超标次数累计和该工艺指标参与考核次数累计和）100 ； 以此类推，计算
5、装置季度平稳率和年平稳率只是将考核时间段改为季度和年。2.2 通用考核方法早期的炼化企业自动化程度不高，对装置进行平稳率考核时，主要是通过人工记录、统计和分析各类工艺指标得出装置平稳率。工作效率低下并且计算结果与装置实际运行情况存在较大偏差。随着国内炼化企业对生产过程自动化的日益重视。DCS、PLC 等一系列自动化控制系统得到了广泛的应用，目前国内所有大中型炼化企业基本实现了生产装置和主要辅助生产装置的自动化控制。在这样的技术背景条件下，装置平稳率考核的手段得到了加强，以 DCS、PLC 等自动控制系统为数据基础，解决了实时采集装置运行数据的难题。目前炼化企业进行装置平稳率考核主要是每日由装置
6、主操通过 DCS 监控画面记录指标实时值，频率一般为 2 小时一次，以此数据为基础形成装置操作台帐。每月月底前由车间工艺员根据装置操作台帐记录，按照每天每班的数据颗粒度摘录装置主要工艺参数值，并根据工艺卡片判断各指标的偏差情况，计算出每个指标的月平稳率，通过算术平均得出该装置的月平稳率，形成装置月平稳率考核台帐，供车间和分厂管理层进行查询。2.3 存在不足尽管应用 DCS、PLC 等自动化控制系统进行装置平稳率考核，解决了装置运行数据采集难的问题，扩大了参与考核的指标范围，提高了采集频率，但在实际应用中仍存在以下不足：由于依靠人工记录工艺参数。尽管记录频率达到小时级，但记录结果却是不连续的，无
7、法体现偏差的持续时间，导致偏差 1 个小时的指标和偏差 10 分钟的指标其考核结果相同，这样的结果缺乏合理性；工艺员用来计算装置平稳率的工艺指标数据来源于装置操作人员手工记录的操作台帐。难以保证数据有较高的真实性和准确性；由于缺乏信息系统支持，只能通过人工进行平稳率计算，并通过纸质报表进行查询，降低了平稳率考核效率，与装置实际运行情况比较有一定的滞后性，难以满足现代企业生产工艺管理要求。3 基于 MES 的装置平稳率考核系统炼化企业 MES 系统通过对生产过程数据的采集、整合和充分利用，来优化企业的生产过程和业务流程，使生产处于最优化运转。其系统功能覆盖了企业生产运行的各个环节，以此为基础的装
8、置平稳率考核系统，在关系数据库中存储了工艺卡片中各种工艺指标范围，通过实时数据库从 DCS 采集指标实时值，并进行监控。对照指标的工艺范围，自动判断偏差情况，并可以采用统计偏差次数或者统计偏差时间两种方法来计算平稳率，由此得出装置平稳率和偏差指标的详细信息能够以图、表等多种形式进行展示，方便用户查询，大大提高了装置平稳率考核的及时性、准确性和可信度。3.1 计算方法基于 MES 系统的装置平稳率考核，其计算方法有了较大改进。除了可以采用传统计算方法，统计偏差次数计算平稳率之外，还可以在时间的纬度上计算平稳率，即通过统计超标工艺指标的偏差时间来计算平稳率。在装置实际运行过程中，工艺指标产生偏差的
9、时间长短不同，对装置运行的影响也就不同。通过统计指标偏差持续时间来计算装置平稳，使偏差时间长短不同的工艺指标通过考核系统得出的平稳率结果也不同，从而保证了平稳率计算结果的合理性。统计时间的单位可根据企业实际业务需要。定义为按小时统计或按分钟统计。其基本计算公式如下：装置平稳率（1工艺指标偏差时间累计总的工艺指标参与考核时间累计）100 其中，工艺指标偏差时间累计，指在考核时间范围内超出工艺约束条件的工艺指标偏差时间累计；总的工艺指标参与考核时间累计，指所有参与考核的工艺指标的考核时间累计。以此为基础得出的装置月平稳率计算公式如下：装置月平稳率该装置所有工艺指标月平稳率之和所有工艺指标数量之和其
10、中，工艺指标月平稳率（1该工艺指标当月偏差时间累计该工艺指标参与考核时间累计）100需要说明的一点是单个工艺指标参与考核时间累计（分母项）不能简单计算为当月天数24 小时，因为可能由于某些原因，如装置停工检修、仪表位号发生故障等，导致当月的某几天这个指标不参加考核，因此考核时间可能是不连续的。班组月平稳率计算公式如下：班组月平稳率该装置所有工艺指标在本月该班组值班周期内平稳率之和所有工艺指标数量之和其中，工艺指标在本月该班组值班周期内平稳率（1该工艺指标在本月该班组值班周期内偏差时间累计该工艺指标参与考核时间累计）100 3.2 平稳率考核系统设计与实现根据上述计算原理和方法，设计的基于 ME
11、S 的平稳率考核系统，既可以满足按照偏差次数计算平稳率，也可以按照偏差时间计算。其具体功能架构如图 1 所示：图 1 平稳率考核系统功能架构3.2.1 系统主要功能（1）基础配置，将工艺卡片上的考核指标静态信息，包括指标名称，对应 DCS 位号。工艺约束条件，指标级别（公式级、分厂级、车间级）等配置到关系数据库中，并可以根据需要对工艺约束条件进行及时修改；（2）实时记录，基于 MES 实时数据库读取各工艺指标的实时值。根据配置的约束条件自动判断指标超标情况并记录，包括指标名称、偏差开始时间、结束时间、偏差峰值、指标的历史趋势、指标约束条件和班组岗位等信息；（3）综合查询，根据记录的偏差信息和平
12、稳率计算公式，自动计算月、季、年的平稳率，并可以选择装置或班组为单位进行查询；可以根据用户需求查询计算任意时刚段内的装置平稳率并提供柱状图、趋势图等多种查询方式；可以对偏差指标的详细信息进行查询；（4）统计报表，根据用户需求自动生成各类装置平稳率考核台帐，以及超标工艺指标的详细信息报表，以供工艺人员进行工艺分析；（5）权限管理，为不同的用户角色分配相应的权限，满足其配置或查询的不同需求。3.2.2 系统实现系统的开发设计基于 MES 系统的主体功能框架。从访问的遍历性、快速开发和实施、高扩展性、高可维护性等几个技术角度进行了充分考虑。（1）软件开发流程：采用软件工程中的原型模型，进行了多次原型
13、递归开发。采用国际先进的 CMMI 系列软件开发标准来规范整个开发流程，确保系统开发的高效率、快节奏、有条不紊地进行；（2）数据库设计：在开发的过程中，同时使用了关系型数据库（R-DBMS）、实时数据库（PHD），在 2 种不同类型数据库高度协调的基础上，将工艺指标相关的静态配置数据存储在关系数据库中，利用实时数据库读取指标实时值，从而保证了适度的隔离管理功能；（3）框架设计：基于NET Framework 的模块化多层结构设计保证系统高扩展性、高可维护性。采用三层架构模型（数据层、逻辑层、表示层），使用 OLEDB 技术连接整合数据源，建立各类逻辑对象封装在逻辑层，在表示层采取 BS 运行模
14、式并加入了人性化的UI 设计理念，提高系统界面的友好程度和人性化水平。3.3 应用举例下面以某炼厂催化重整装置为例，分析装置平稳率考核系统的实际应用情况，其业务流程如图 2 所示。图 2 平稳率考核系统应用流程图首先，车间工艺员根据调度指令切换装置生产方案，在平稳率考核系统中设定工艺参数范围；然后每日下班前，车间工艺员通过系统进行每日偏差分析，检查装置操作情况；每班结束前，装置主操通过系统查看本班偏差情况，进行注释说明，生成操作台帐；月底前，车间工艺员通过系统进行本月生产偏差分析，生成装置平稳率考核台帐；最后，分厂管理层和车间管理层可以随时通过系统查询生产装置运行情况，对装置和班组进行绩效考核
15、。从流程图中可以看出，更多的记录、统计工作由信息系统来完成，保证了装置运行过程的全程跟踪，降低了人工操作的误差，提高了平稳率考核的准确性和工作效率。下面以催化重整装置一个月的运行数据为基础。计算装置月平稳率，其考核指标范围如表 1 所示。表 1 重整装置工艺指标通过应用系统计算，得出采用统计偏差次数方法计算装置月平稳率，结果为 964；采用统计偏差时间方法计算装置月平稳率，结果为 958。由结果可以看出，通过信息系统自动记录偏差，避免了人为原因造成的误差，因此采用统计偏差次数方法的计算精度也有所提高，与统计偏差时间的方法算法结果差距不大，但后者由于考虑到了指标偏差持续时间对装置运行带来的影响。因此更具合理性。4 结 论从上述系统介绍和实例分析可以看出，通过应用基于 MES 的装置平稳率考核系统，能够有效地利用实时数据进行偏差分析，利用信息系统完成传统的工艺管理业务，提高了管理效率；基于偏差时间的平稳率计算方法，解决了传统平稳率计算方法难以真实评价装置实际运行情况的弊端，切实反映了工艺指标偏差对生产装置运行造成的影响，在衡量工艺卡片执行情况的同时，有利于促进操作人员提高装置操作水平；便捷的统计查询功能，使工艺人员可以把更多的精力投入到工艺分析方面，进一步优化工艺指标，从而提高装置工艺管理水平，稳定产品质量，降低生产成本，提高企业生产效益。
