石油化工生產(chǎn)過程的先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化及展望
| 石油化工生產(chǎn)的巨大經(jīng)濟效益，常使其成為一個國家的經(jīng)濟支柱之一。隨著市場競爭的日益激烈和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，改善其操作控制以提高經(jīng)濟效益成為一個突出的問題。八十年代以來，以模型預(yù)估控制為代表的先進過程控制（Advanced Process Control）技術(shù)在石油化工過程中得到廣泛的應(yīng)用，取得了可觀的效益。近年來，操作條件的閉環(huán)實時優(yōu)化，這一可使石油化工生產(chǎn)過程取得更大效益的技術(shù)，也出現(xiàn)了一些見到實效的應(yīng)用實例<2-8>。文獻<9>給出了化工生產(chǎn)裝置平均性能和高性能的差距，認為采用先進控制給全球帶來的直接效益將是每年800億美元。減少起動、停車和切換占用的生產(chǎn)能力，給全球帶來的效益將是每年1000億美元?？傊糜嬎銠C實現(xiàn)先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化，改進和提高生產(chǎn)過程的操作控制水平，是石油化工生產(chǎn)過程技術(shù)發(fā)展和取得經(jīng)濟效益的重要方面，成為人們關(guān)注的問題之一。 盡管石油化工生產(chǎn)過程的先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化在近二十年來取得了長足的進展，仍有很多不盡人意的地方。一個重要方面是先進過程控制和閉環(huán)實時優(yōu)化還不能納入石油化工生產(chǎn)裝置的設(shè)計，造成工藝設(shè)計與操作控制的脫節(jié)，使本應(yīng)早日取得的效益遲遲不能實現(xiàn)。文獻認為：實現(xiàn)過程控制和設(shè)計的一體化，給全球帶來的效益將是每年400億美元。在即將進入二十一世紀，我國石油化工行業(yè)面臨著適應(yīng)市場經(jīng)濟，必須進行重大改革的今天，展望未來石油化工生產(chǎn)過程的操作控制，制訂發(fā)展戰(zhàn)略，是非常必要的。本文將從以下幾個方面進行探討：未來一二十年內(nèi)石油化工生產(chǎn)裝置操作控制的展望；先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化的現(xiàn)狀與問題；關(guān)鍵技術(shù)：生產(chǎn)過程機理動態(tài)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)及應(yīng)用；石油化工生產(chǎn)裝置設(shè)計的革命：生產(chǎn)過程控制與設(shè)計的一體化；關(guān)鍵因素：人才，體制與觀念。希望通過本文引起討論和共識，促進石油化工生產(chǎn)過程先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化，乃至各項技術(shù)的發(fā)展。 展望：“無人操作”是夢想還是現(xiàn)實使命？ 三十年前，當(dāng)數(shù)字計算機開始在石油化工生產(chǎn)裝置中得到應(yīng)用時，就有人提出了“無人操作”的問題。在當(dāng)時，這是很不現(xiàn)實的，可以說是一個夢想；在今天，隨著先進過程控制，閉環(huán)實時優(yōu)化和計算機技術(shù)的發(fā)展，這一夢想將會在未來一二十年內(nèi)基本現(xiàn)實，這是歐美石油化工界不少人士的估計<9-11>，筆者認為這一估計是切實的。 這里說基本實現(xiàn)，是指操作將實現(xiàn)自動化，人工對操作的干與將降到最低限度。這種自動化，并不是簡單的代替人工操作，而是通過計算機控制系統(tǒng)，自動適應(yīng)市場的變化，在保證安全和環(huán)境要求的條件下，自動調(diào)整操作，隨時使生產(chǎn)裝置處于最高效益狀態(tài)下運行；不但要適應(yīng)原料和產(chǎn)品規(guī)格要求的變化，還要適應(yīng)過程結(jié)構(gòu)和操作條件的變化，全面實現(xiàn) “安，穩(wěn)，長，滿，優(yōu)”。 這種安裝于操作室的計算機控制系統(tǒng)必然具有過程控制和生產(chǎn)調(diào)度的接口，以便隨時根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度的要求調(diào)整生產(chǎn)；也必然具有友好的多媒體的人機界面。與現(xiàn)在過程控制計算機在功能上的一個重大區(qū)別是它將具備強大的系統(tǒng)分析功能。由于操作的自動化，操作員將趨于消亡，但復(fù)雜的生產(chǎn)過程需要人的智慧，仍是離不開人的；將會出現(xiàn)系統(tǒng)分析員取代現(xiàn)在的操作員。他們的責(zé)任是監(jiān)視生產(chǎn)過程（系統(tǒng)）的運行，分析存在的問題，作出恰當(dāng)?shù)臎Q策，進行必要的調(diào)整。對過程系統(tǒng)的分析要在計算機上根據(jù)模型和數(shù)據(jù)隨時進行，這就要求一個具備強分析功能，便于編程和實時運行的計算機系統(tǒng)，也可說是一個由計算機實現(xiàn)的桌面過程系統(tǒng)，必要時，也可作為在線仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。 實現(xiàn)這種適應(yīng)變化的生產(chǎn)過程控制模式，必將充分發(fā)揮生產(chǎn)過程的潛力，帶來巨大經(jīng)濟效益的，成為強大的推動力。在近二十年來先進控制，實時優(yōu)化和相關(guān)技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)突飛猛進發(fā)展的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)這種控制模式已不再是一個夢想，而是擺在我們眼前的現(xiàn)實問題，是時代賦于我們的使命。它的實現(xiàn)，也必將促使石油化工生產(chǎn)過程各項技術(shù)和生產(chǎn)管理得到全面發(fā)展和提高。 |
