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1、青岛科技大学研究生学位论文先进控制在催化裂化装置上的设计与实现摘 要催化裂化装置是炼油和石油化工生产过程的关键装置，在炼油生产链中起重要作用，其运行状况影响全厂的生产及经济效益，因此对于研究如何提高装置的平稳性运行、节能降耗并最终实现提高装置经济效益意义重大。本文针对某石化公司重油催化裂化装置现有DCS及设备的实际情况创新的采用将国内外先进控制与实时优化技术相结合的设计方案，开发了一套先进控制与实时优化系统。先进控制与实时优化系统由软测量系统与在线校正部分、反应再生先进控制与实时优化系统、主分馏先进控制系统和吸收稳定先进控制系统构成。采用北京利华益科技有限公司开发的PACROS软件主要用来实现
2、数据采集、软测量计算、以及实时优化系统的实现，先进控制器部分应用Honeywell公司RMPCT鲁棒多变量预估控制器。投用效果表明自先进控制上线投用以来，实现了催化裂化装置的平稳控制，减轻了操作员的劳动强度，改善了产品质量并最终实现提高经济效益的项目总目标。关键词：催化裂化 先进过程控制技术 集散控制系统 软测量ITHE RESERCH AND PRACTICE OF APC IN FCCUABSTRACTThe fluid catalytic cracking unit (FCCU) is the key device of oil refining and petrochemical pr
3、oduction process and it plays an important role in the oil refining production chain. Its operation conditions affect the whole production and economic benefit. Therefore, it has a significant meaning on how to improve smoothness,save energy, reduce consumption and improve economic benefit of FCCU .
4、In this paper an APC (Advanced Process Control)system is developed ,it creatively adopts designing scheme by combing domestic as well as foreign advanced control and the optimal technology realization according to the existing DCS and real conditions of device.APC&RTOS (Real-time optimization system
5、)is composed of four partswhich are soft-sensor system&correlation system， Reaction-Regeneration APC&RTOSMain-Fraction APC and Absorber&Stabilization APCPACROS softwares mainly aims at realizing data acquisition, soft measurement calculation, and real-time optimization, which are produced by Beijing
6、 Lihuayi Sci-Tech co., LTD.RMPCT multivariable predictive controller of Honeywell company is used as advanced controller part.Since the online operation of advanced control stable control of FCCU are realized, the operator labor intensity is reduced, the quality of product is improved,as well as the
7、 total goal increasing economic benefit of the project are realized according to the analysis of the revamping effect in FCCU.The result shows that since the advanced control line has been put into use, stable control of catalytic cracking unit is realized. The operators labor intensity is reduced,
8、and the quality of the products is improved. At last, the project objectives to improve the economic benefits is successfully realized.KEY WORDS: FCCU APC DCS Soft-SensorIII目 录第一章 绪 论11.1 课题背景及研究意义11.2催化裂化的工艺流程21.2.1反应再生系统21.2.2 分馏系统31.2.3 吸收稳定系统41.3 催化裂化存在的问题41.4 使用APC技术提高催化裂化经济效益5第二章 先进控制技术72.1 先进
9、控制技术概述72.2软测量技术82.3 模型预测控制技术92.3.1.1预测模型92.3.1.2滚动优化112.3.1.3反馈校正112.4RMPCT控制器142.4.1RMPCT控制器结构142.4.2RMPCT控制器特点152.4.3RMPCT关键技术172.5 PACROS系统技术192.5.1 PACROS特点192.5.2 PACROS系统结构20第三章 先进控制技术方案设计243.1先进控制方案设计依据243.2先进控制装置现状253.3先进控制主要技术设计253.3.1基于机理的的在线实时观测器（Observe）设计263.3.2基于辨识模型鲁棒多变量预估控制器（RMPCT）设计
10、263.3.2先进控制技术实施平台设计273.3.3实时数据库设计283.3.4软测量设计293.3.5反应深度实时优化系统设计29III第四章 先进控制的工程实施314.1项目实施流程314.2重油催化裂化装置先进控制物理实现344.3先进控制实施方案364.3.1装置多目标协调优化374.3.2反应再生系统374.3.2.1反应再生系统先进控制的主要目标374.3.3.2多变量在线实时计算变量374.3.2.3多变量预估协调控制384.3.2.4反应深度实时优化394.3.4主分馏系统394.3.4.1主分流系统先进控制的主要目标394.3.4.2在线观测计算变量404.3.4.3多变量预
11、估协调控制404.3.5吸收稳定系统424.3.5.1吸收稳定系统控制器的主要目标424.3.5.2 影响吸收效果的因素424.3.5.3多变量预估协调控制424.4阶跃测试434.4.1阶跃测试实验的目标434.4.2阶跃测试准备434.4.3阶跃测试实验注意事项434.4.5 RMPCT数据采集444.5模型辨识45第五章 先进控制系统投用效果分析465.1产品收率标定方法465.2软测量准确性标定方法465.3产品收率标定数据与分析475.3.1产品收率标定数据475.3.2产品收率标定分析485.4软测量考察485.5 关键被控变量考察505.5 平稳率统计51V全文总结53参考文献5
12、4致 谢57攻读学位期间发表学术论文目录58独创性声明59关于论文使用授权的说明59V1第一章 绪 论1.1 课题背景及研究意义在石化企业的重要装置上实施生产和控制优化1，以及大型联合装置上实施实时优化，是提高装置控制水平，挖潜增效的重要手段，也是国际上优化技术、自控技术和信息技术发展应用的趋势。在此装置上实施生产优化和控制优化能有效的改善装置的控制水平和操作水平，有利于保证装置的运行安全，并提高装置的经济效益。催化裂化是石油二次加工的主要方法之一2，它以常减压馏分油、焦化柴油和蜡油等重质馏分油或渣油为原料，在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油、柴油和焦炭的过程。世界上
13、第一套催化裂化工业装置于1942年问世3，催化裂化装置生产过程的工艺机理复杂, 操作条件苛刻, 工艺参数强烈耦合, 各单元操作是否协调和平稳, 直接影响产品的收率、质量、能耗和运转周期, 甚至危及安全。因此，改进其操作控制，使其运行平稳，产品质量卡边，提高轻汽油产率或实现油品产率最佳分配，并在基础上节能降耗，是催化裂化装置急需解决的问题；尤其在市场经济条件下，处理量、产品的需求量和质量指标经常需随市场而变化，一个响应迅速、适应变化的先进控制级优化系统更为需要。80年代以来，出现了许多约束模型预测控制的工程化软件包，通过模型识别、优化算法、控制结构分析、参数整定、系统稳定性和鲁棒性等一系列研究工
14、作，模型预测控制技术在石油化工过程得到的越来越广泛的应用，是石油化工工程从PID控制发展到先进控制的标志。1980年前后，来自过程控制界的两位开拓者4-7，法国的Richalet和美国的Cutler分别报道了各自有关解决有约束多变量系统实时控制问题的研究成果和工业应用情况，即著名的模型预测启发式控制（MPHC）和动态矩阵控制（DMC），这表明现代流程工业开始接受先进控制的概念。在近年来的一些工程实际应用如在催化裂化装置应用先进控制技术中，除了构建模型预测控制器外，还根据装置控制要求和目标，建立了在线实时优化器，使预测控制器能够根据优化目标来调整预测值，起到提高产品质量、提高目标产品收率、增加经
15、济效益的作用。 目前国外的石化公司大都已经在DCS常规控制基础上实现了先进控制。要想在国际激烈的竞争环境中不至于落后，先进控制将是过程控制技术发展的必然方向。我国催化裂化工艺技术发展迅速，加工能力已占世界总能力的14.56 %，可以说是世界上催化裂化能力增长最迅速的国家。我国的催化裂化工艺技术，在20世纪80年代获得突破90年代得到高速发展，目前正处于提高阶段，虽然国内近年的先进控制技术应用项目也在不断的投入，但是由于各种各样的原因大都不能长周期的在线运行。因此本项目120万吨/年催化裂化装置先进控制与实时优化项目的设立和实施是在既有动力又有很大压力下进行的，项目主要目标是开发一套针对性的催化裂化装置先进控制系统，达到提高装置运行平稳性，实现产品质量及其他不可测变量的实时在线计算，达到指导操作和闭环控制要求，更好的适应原料性质和产品方案随市场需求的变化，提高高价值产品收率，在满足过
