《石油化工过程先进控制与优化研究进展PPT-4.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油化工过程先进控制与优化研究进展PPT-4.doc（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、石油化工过程先进控制与优化研究进展PPT-4ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 2007 PSE Asia 石油化工过程先进控制与优化 现状与发展 华东理工大学 钱 锋 二零零七年八月 主要内容 一、过程控制与优化的作用 二、过程控制与优化的现状 APC与RTO广泛应用 与 广泛应用 三、工程应用中过程控制的新方向 过程监控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系统集成监控 过程监控： 全系统集成监控 自适应控制器： 自适应控制器：克服传统概念对模型精确性要求 四、过程控制与优化的案例分析 一、过程控制与优化的作用 国家发展战略需求 国家中
2、长期科学和技术发展规划纲要 流程工业的绿色化、 国家中长期科学和技术发展规划纲要将“流程工业的绿色化、自 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“ 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工业概念 的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、 的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、智能化检测控制 技术、装备和调控系统。 技术、装备和调控系统。” 中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要 中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要装备制造业振兴 的重点： 推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、 成套设备和对二甲苯 的重点：“推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、对
3、苯二甲酸 成套设备国产化。 成套设备国产化。”（自动化技术非常重要） 国产化 自动化技术非常重要） 国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见指出， 国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见 指出 ，在“ 发展重大 工程自动化控制系统和关键精密测试仪器， 工程自动化控制系统和关键精密测试仪器 ，满足重点建设工程及其他 实现重点突破。 重大（成套） 重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要 ”实现重点突破。 用自动化技术提高流程工业自主创新能力 石油和化学工业发展需求 国民经济的支柱产业 2005年石油和化学工业总产值达到 年石油和化学工业总产值达到33762亿元 ， 占 亿元， 年石油和化学工业
4、总产值达到 亿元 国民生产总值（ 亿元） 国民生产总值（182321亿元）的18.5% 亿元 石油和化学工业既是产能大户又是耗能大户 2005年我国石油化工行业总能耗3.048亿吨标准煤， 年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤， 年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤 占全国总能耗的15% 占全国总能耗的 万元GDP能耗是0.903吨标准煤，比国外同行业平均 能耗是 吨标准煤， 万元 能耗 吨标准煤 水平高 水平高15%20% 污水排放， 全行业达32.3亿吨 ， 废气 亿吨， 污水排放 ， 全行业达 亿吨 废气1.4274万亿立 万亿立 方米，固体废弃物8406万吨 方米，固体废弃物 万吨 应
5、用过程控制与优化技术实现节能减排 过程控制与优化如何实现节能降耗 1. 运行过程优化操作 过程控制 目的：克服扰动， 目的：克服扰动，保证操作安全性和平稳性 手段：先进控制器（控制方法、算法） 手段：先进控制器（控制方法、算法）设计 过程优化 目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、 目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、减排 手段：生产装置、过程、 手段：生产装置、过程、流程的模拟和优化运行 用能过程监控 优化生产操作条件， 优化生产操作条件，确保过程用能始终保持在高效工况 下运行 过程控制与优化如何实现节能降耗 2. 过程用能组合优化 夹点技术提升和设计换热网络 对工厂换热网络运行进
6、行优化操作，可节省操作费 对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费20 50，投资回收期一年左右； ，投资回收期一年左右 ，投资回收期一年左右； 对新建工厂换热设备进行优化设计，比传统方法可节省 对新建工厂换热设备进行优化设计， 投资10 ，操作费节省 50。 20，操作费节省30 投资 ，操作费节省 。 Exergy分析方法 分析方法 注重能量的质量高低或有效能的大小 工艺装置能量优化、 工艺装置能量优化、工艺装置及与其它单元之间的热联 合、全厂低温热优化利用以及蒸汽动力系统综合优化 应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中， 应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，可取得 极大的经济
7、效益与社会效益。 极大的经济效益与社会效益。 先进控制和优化应用的效益 Aspen公司 数据表明： 公司 数据表明： 实施APC取得的效益中，降低能耗占10，产品质 取得的效益中，降低能耗占 ， ，产品质 实施 取得的效益中 量提高占10%，提高装置生产平稳与安全性占 ， 量提高占 ，提高装置生产平稳与安全性占15， 提高回收率占15，提高加工能力占30。 ，提高加工能力占 提高回收率占 ，提高加工能力占 。 Chemshare公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 改造常规仪表获得10的效益， 用DCS改造常规仪表获得 的效益，在DCS上实 改造常规仪表获得 上实 上实现RTO获得 获
8、得40 获得40的效益， 上实现 获得 现APC获得 的效益，在APC上实现 获得 的效益。 的效益。 Foxboro公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 效益比：DCS为 1 : ARC为 3 : APC为 5 : RTO 为 9。 效益比： 为 为 为 。 过程控制与优化技术面临的挑战 市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、 市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、先 进控制和过程优化技术提出了新的要求和挑战 严格的环保指标和成本控制要求，多目标、 严格的环保指标和成本控制要求，多目标、变约束 的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、 的优化与控制任务等，目前已有的流程模
9、拟、先进 控制和过程优化技术尚不能完全胜任， 控制和过程优化技术尚不能完全胜任，需要进一步 加强创新研究 过程模型化技术和水平还远不能满足我国石化行业发 展的需要 关键石化技术国际供应商在模型上对我国实行技术 封锁，需要自主地进行流程的设计、 封锁，需要自主地进行流程的设计、优化和提升 先进控制与优化技术面临的挑战 过程模型和优化技术的创新与进步 模型的准确性和效率、在线模型参数调整、 模型的准确性和效率、在线模型参数调整、测量 仪表故障补偿、系统扰动克服、 仪表故障补偿、系统扰动克服、系统框架优化设 计、系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 装置上长
10、期有效运行不理想的主要原因； 装置上长期有效运行不理想的主要原因； 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、 与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、先进 等关键技术的创新对流程模拟 控制和过程优化至关重要； 控制和过程优化至关重要； 二、过程控制与优化的现状 过程控制发展的回顾 阶段 控制理论 控制工具 控制要求 控制水平 一 年代70以前 以前） （年代 以前） 经典控制理论 二 年代） （7080年代） 年代 现代控制理论 三 年代） （90年代） 年代 控制论、信息论、 控制论、信息论、系 统论、 统论
11、、人工智能等学 科交叉 计算机网络、 计算机网络、现场总 线系统与智能仪表 常规仪表 分布式控制计算机 （DCS） ） 气动、液动、电动） （气动、液动、电动） 安全、 安全、平稳 简单控制系统 市场预测、快速响应、 优质、高产、 优质、高产、低消耗 市场预测、快速响应、 柔性生产、 柔性生产、创新管理 先进控制系统 综合自动化（ 综合自动化（CIPS） ） 先进的控制工具， 先进的控制工具， DCS、现场总线控制系统的出现与完善； 、现场总线控制系统的出现与完善； 现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、 现代控制理论的不断发展与提高 。如预测控制、 自适应控制 、 非线 性控
12、制、 性控制 、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法仍然为目前国内 外学术界与工程界的热点研究课题。 外学术界与工程界的热点研究课题。 APC、RTO、PMC 的作用 、 、 先进控制 确保操作运行在局部约束条件边界上 随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展， 随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，系 优化 /在线优化 ，表现为控制目标多元化， 统的复杂性不断增加，表现为控制目标多元化，变量 统的复杂性不断增加追求效益最大化目标 数目增多且相关性增强以及存在多种约束。 数目增多且相关性增强以及存在多种约束。 改进、 过程监控 改进、提高运行效率 先进控制 优化/在线优化 优化 在线优
13、化 过程监控 Operators 工程界形成共识： 工程界形成共识： Control + Optimization + Monitoring = Profits Planning、RTO、APC 的作用 、 、 原材料信息获取/生产计划优化 计划优化系统 （PIMS） ） 每月/周 Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用简化模型， 采用简化模型，仅考虑主要约束条件 简化模型 优化全厂 全厂装置 优化全厂装置 优化预期进料 预期进料、 优化预期进料、操作条件和价格 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 以效益最大化为驱动目标，实现经
14、济定价 生产计划每月/每周 每周平均计划 生产计划每月 每周平均计划 调度约束、 调度约束、 价格等 计划、 计划、调度 的过程变量 操作条件实时优化 在线优化 （RTO） ） Current - Real Time - Operations Optimization 小时 详细的工程模型， 详细的工程模型，准确预测所有约束 进行各个装置的单元优化 单元优化， 进行各个装置的单元优化，非全厂规模 基于当前生产 当前生产操作条件与价格进行优化 基于当前生产操作条件与价格进行优化 优化目标值能够自动执行 优化目标值能够自动执行 优化目标 过程约束 先进控制应用 Advanced Control Applications 通过装置测试获取线性动态模型 通过装置测试获取线性动态模型 应用范围小于RTO（单一指标、控制回路等） 应用范围小于 （单一指标、控制回路等） 进行动态约束控制 进行动态约束控制 各约束条件预先定义的 预先定义的、 各约束条件预先定义的、区分优先级别 先进控制 （APC） ） 分钟 APC/RTO 实现过程 RTO 模型 及其在线应用 目标函数、定价、 目标函数、定价、逻辑 PA1 进料/产品分析 进料 产品分析 实验室 OVEREAHD LIGHT ENDS SS1 LVN TO PWF PA2 SS2 HF ATF 计划调度 人员
