在线分析仪器在厂级实时优化和先进过程控制中的应用

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1、返回在线分析仪器在厂级实时优化和先进过程控制中的应用叶楠AdvancedManufacturingTechnologies,Inc.USA摘要长期以来，AMT公司在世界多个大规模精炼装置和石油化工装置的闭环实时优化与先进过程控制方面积累了丰富的经验，基于此，本文在开始部分对RTO技术的历史以及工业应用现状进行了概述，随后讨论了RTO技术对在线分析仪器的依赖性。本文描述了高品质的在线分析仪器是如何为RTO系统提供重要信息的，这些信息将有助于成功有效的实施RTO解决方案。在过去的十到二十年，AMT公司的专家一直关注着在线/离线分析仪器取得的进步。伴随着在线/

2、离线分析仪器的发展，RTO解决方案也在不断地进行调整。本文指出了成功实施RTO系统的一些关键因素，例如，1）与先进过程控制系统保持一致；2）有效地获取进料组分信息；3）有效地获取产品组分信息以评估、修正过程预测模型；4）可靠地市场价格信息；5）资深的RTO应用工程师。从以上关键因素可以看出，在线/离线分析仪器对于闭环实时优化系统的成功实施是至关重要的。引言伴随着工业领域日益增长的需求，先进过程控制技术（APC）和实施优化技术（RTO）在最近的20到25年间逐渐发展起来。工业生产中的过程变量之间往往是密切相关的，例如，温度、压力、产品质量。仅仅利用PID回

3、路往往不能对关联的过程变量进行有效的控制。PID控制回路对过程变量的控制是基于反馈信息而不是预测信息的。先进过程控制是为了满足对耦合的过程变量进行协调控制的需求而发展起来的，在出现可测扰动或者设定值发生变化时，能够通过预测模型对多个过程变量进行控制；在出现不可测扰动时，利用反馈信息对多个过程变量进行控制。过去的20年里，APC技术在软件、应用、规模、复杂程度上都取得了巨大的进步。例如，一套完整的乙烯装置只需要几个相互关联的APC控制器。由于技术上的进步，我们可以精确地控制产品质量以达到质量指标和经济利益的最优化。可靠而准确的在线分析仪器可以为APC控制器

4、提供重要的信息，从而对产品的质量进行更精确的控制。APC技术的核心是实时优化。APC控制器能够将产品质量控制在设定值附近，而实时优化则是在综合考虑能耗和经济因素之后，得出最优的产品质量以及一些其他变量的设定值。实时优化模型及其系统包含了关于全厂物料和能量平衡与分布方面详尽的信息，同时也包含了实时市场价格信息。RTO系统能够实时提供最优的设定值，指导我们如何实现利润的最大化和能耗的最小化，同时通过闭环控制系统达到这个目标。除了产品特性方面的信息，在线分析仪器甚至能够为优化系统提供入料的特征信息以帮助优化系统实现物料在分子层面的平衡。以下是现代厂级控制与在线

5、实时优化系统的结构示意图：本文简要的介绍了先进过程控制与实时优化技术的历史，以及他们在工业中的应用情况。同时详细的阐述了在线/离线分析技术对于APC和RTO发展的重要影响。APC和RTO技术的历史背景以及它们在工业领域的应用情况按时间划分，可以将先进过程控制和实时优化技术的发展史分为三个阶段。对于APC技术，可以按如下划分：第一阶段：1985年之前一些公司进行了一些小规模研究工作。只在进行了一些小范围的局部应用，没有得到可以广泛应用的商业化产品。第二阶段：从1985年到2000年形成了一系列的解决方案，并在实际生产中得到大范围的验证和应用。出现了一些具有

6、品牌产品和应用成果（例如DMC公司的DMC控制器，以及随后出现的AspenTech公司的DMCplus和Honeywell公司的RMPCT等等），进而推动了一系列方法的提出。许多APC产品往往涵盖了整个装置，例如FCCU、原油装置和乙烯装置。第三阶段：2000年至今APC技术已经应用于许多工业生产过程（化工、精炼、石化）。RTO技术的历史可分为：第一阶段：1990年之前一些公司进行了一些小规模的研究工作。只进行了小范围的局部应用，没有得到可以应用的商业化产品。由于RTO类产品需要巨大的计算资源，因此在当时发展该类产品是相当困难的。第二阶段：从1990年到

7、2005年形成了一系列的解决方案，并在实际生产中得到大范围的验证和应用。出现了一些具有品牌产品和应用成果（例如DMC公司的DMO，AspenTech公司的RTOPT,以及这两个产品之后出现的AspenTech公司的AspenPlus和Invensys公司的ROMEO等等）。在这一时期，由于过程模型的高度复杂性和大规模装置在线优化求解的需求，RTO产品变得十分复杂。工程技术人员在RTO的实施过程中提出了一系列更加实用的技术，大大促进了RTO的发展。很多公司注意到了这些新方法的实用性及其能够带来的巨大利润。第三阶段：2005年至今越来越多的公司在不同规模的生

8、产过程中引入了RTO系统。新的技术从发展初期到巅峰常常经历以下三个阶段：阶段一：