石油化工过程控制与优化

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1、理工大学石油化工过程控制与优化主要内容一、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《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、对苯二甲酸成套设备国产化。”（自动化技术非常重要）《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“基于

2、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、智能化检测控制技术、装备和调控系统。”《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，满足重点建设工程及其他重大（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33762亿元，占国民生产总值（182321亿元）的18.5%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，占全国总能耗的15%万元GDP能耗是0

3、.903吨标准煤，比国外同行业平均水平高15%～20%污水排放，全行业达32.3亿吨，废气1.4274万亿立方米，固体废弃物8406万吨应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运行过程优化操作过程控制目的：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）设计过程优化目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、减排手段：生产装置、过程、流程的模拟和优化运行用能过程监控优化生产操作条件，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行优化操作，可节省操作费

4、20％～50％，投资回收期一年左右；对新建工厂换热设备进行优化设计，比传统方法可节省投资10％～20％，操作费节省30％～50％。Exergy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，可取得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：实施APC取得的效益中，降低能耗占10％，产品质量提高占10%，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％。Chemshare公司数据表明：用DCS

5、改造常规仪表获得10％的效益，在DCS上实现APC获得40％的效益，在APC上实现RTO获得40％的效益。Foxboro公司数据表明：效益比：DCS为1:ARC为3:APC为5:RTO为9。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、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、变约束的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、先进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、

6、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、测量仪表故障补偿、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与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、先进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先进的控制工具，DCS、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、非线性控制、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

7、题。阶段一（年代70以前）二（70～80年代）三（90年代）控制理论经典控制理论现代控制理论控制论、信息论、系统论、人工智能等学科交叉控制工具常规仪表（气动、液动、电动）分布式控制计算机（DCS）计算机网络、现场总线系统与智能仪表控制要求安全、平稳优质、高产、低消耗市场预测、快速响应、柔性生产、创新管理控制水平简单控制系统先进控制系统综合自动化（CIPS）随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，系统的复杂性不断增加，表现为控制目标多元化，变量数目增多且相关性增强以及存在多种约束。Control+Optimization+M