摘要：隨著人工智能的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用于工廠以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，減少了繁重的體力勞動(dòng)的同時(shí)帶來了不菲的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了iMES控制在焦化氣壓機(jī)控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，通過調(diào)節(jié)富氣壓縮機(jī)的負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦化塔分餾壓力的精確控制。

    引言：焦化切塔是焦化工藝操作的難點(diǎn)，對(duì)焦化工藝、干氣制氫甚至裝置的安全環(huán)保都會(huì)有很大的影響。焦化裝置的富氣壓縮機(jī)組將裝置產(chǎn)出的富氣壓縮后送往吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，切塔時(shí)工藝波動(dòng)大，操作人員必須手動(dòng)操作兩三個(gè)小時(shí)才能恢復(fù)穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度大，風(fēng)險(xiǎn)高的同時(shí)浪費(fèi)很多蒸汽。濟(jì)南煉化是國(guó)內(nèi)首個(gè)“城市煉廠”，企業(yè)視安全環(huán)保為生命線，自主創(chuàng)新，發(fā)揮科技優(yōu)勢(shì)助力安全生產(chǎn)勢(shì)在必行。2017年濟(jì)南煉化焦化氣壓機(jī)組使用iMES控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)切塔，全程無擾動(dòng)操作，解放勞動(dòng)力的同時(shí)，創(chuàng)造不菲的經(jīng)濟(jì)效益。

    一、焦化原有的控制方式和存在的問題

    120萬噸/年延遲焦化裝置是2009年在原有裝置上擴(kuò)建完成，對(duì)全廠的渣油平衡起到關(guān)鍵作用，加工量負(fù)荷變化較大，工藝波動(dòng)頻繁。焦化裝置的富氣壓縮機(jī)組將裝置產(chǎn)出的富氣壓縮后送往吸收穩(wěn)定區(qū)域，由于工況波動(dòng)大，原機(jī)組配置的調(diào)速器控制系統(tǒng)無法滿足自動(dòng)控制的需求，操作人員必須手動(dòng)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，風(fēng)險(xiǎn)高同時(shí)浪費(fèi)能量。為實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)化運(yùn)行，該機(jī)組的控制系統(tǒng)在2009年進(jìn)行優(yōu)化改造。采用某國(guó)際品牌的控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的防喘振控制和調(diào)速部分進(jìn)行過專項(xiàng)改造。改造后經(jīng)過幾年的運(yùn)行，由于技術(shù)支持不夠和控制系統(tǒng)硬件可靠性較差，控制品質(zhì)下降，防喘振控制和調(diào)速系統(tǒng)已不能滿足工藝負(fù)荷和工況變化時(shí)保持自動(dòng)控制的要求，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。濟(jì)南煉化屬于“城中煉油廠”環(huán)保壓力極大，焦化機(jī)組不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在放空和切塔操作時(shí)需要幾個(gè)操作人員協(xié)調(diào)手動(dòng)操作，操作強(qiáng)度和操作風(fēng)險(xiǎn)較大。氣壓機(jī)組的手動(dòng)操作也不能與先進(jìn)控制（APC）軟件匹配運(yùn)行的需求。

    二、目前的控制方式弊端

    切塔操作是焦化工藝的一個(gè)操作難點(diǎn)，每次切塔過程，分餾塔壓力都會(huì)大幅波動(dòng)。操作人員靠調(diào)節(jié)防喘振閥的開度來維持分餾塔壓力的穩(wěn)定，這樣勢(shì)必造成壓縮機(jī)運(yùn)行有很大的余量，一般防喘振閥開度都在30%左右。由于防喘振閥的開度，造成大量蒸汽的浪費(fèi)。切塔過程中要多人配合頻繁手動(dòng)操作，注意力的高度集中造成操作人員精神緊張。而且人工操作切塔時(shí)分餾塔壓力波動(dòng)較大，如圖一所示。

圖1 iMES控制系統(tǒng)投用前運(yùn)行曲線

    從曲線可以看出，焦化切塔時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速一直在較高狀態(tài)運(yùn)行，防喘振閥門開度較大，切塔時(shí)，分餾塔頂壓力（綠色曲線）波動(dòng)范圍較大。操作人員為了穩(wěn)定壓力，頻繁調(diào)節(jié)防喘振閥，消耗了大量的精力。且由于防喘振閥的開度較大，大量的壓縮富氣打回流，造成壓縮做功浪費(fèi)，蒸汽損失。

    三、控制方案的改進(jìn)

    氣壓機(jī)組iMES控制系統(tǒng)控制核心為分餾塔壓力與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速串級(jí)控制，增加分餾塔頂壓力控制與防喘振的解耦優(yōu)化控制功能，這兩個(gè)功能相互獨(dú)立，又彼此影響，既能單獨(dú)控制，又能同步自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)這兩個(gè)功能都處于自動(dòng)模式時(shí)，防止發(fā)生喘振控制與分餾塔頂壓力控制之間的耦合，當(dāng)防喘振閥必須打開時(shí)，iMES控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速防止分餾塔頂壓力的大幅波動(dòng)。由于機(jī)組工作點(diǎn)始終在運(yùn)行曲線附近，機(jī)組運(yùn)行效率最高，大量的節(jié)省了蒸汽，經(jīng)濟(jì)效益大幅提升。

    3.1硬件配置

    系統(tǒng)硬件采用TRICON系列產(chǎn)品，電源及控制卡件都按照冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵控制參數(shù)三取二聯(lián)鎖，系統(tǒng)可靠性較高，運(yùn)算速度快。

    3.2軟件功能

    iMES的控制核心就是分餾塔頂壓力串級(jí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，防喘振閥配合汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速解耦控制，使得汽輪機(jī)控制“卡邊操作”，讓汽輪機(jī)工作在運(yùn)行曲線附近，如圖2所示。盡可能的實(shí)現(xiàn)最高效率運(yùn)行，同時(shí)通過對(duì)防喘振閥的控制，確保了汽輪機(jī)不發(fā)生喘振，實(shí)現(xiàn)了在安全、平穩(wěn)和經(jīng)濟(jì)效益下運(yùn)行，同時(shí)利用控制系統(tǒng)的運(yùn)算操作，使得人工智能解放了操作人員的勞動(dòng)，達(dá)到了無人駕駛。

圖2汽輪機(jī)防喘振線

    iMES的智能控制降分餾塔壓力控制過程如下：

    1、判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，當(dāng)防喘振閥全自動(dòng)時(shí)，可以直接關(guān)到滿足分餾塔頂壓力為止，如果關(guān)到一定程度，已經(jīng)滿足分餾塔頂壓力，并且工作點(diǎn)還遠(yuǎn)離控制線，則開始以60RPM的速度開始降汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)回流閥仍然處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，開始慢慢關(guān)回流閥，直至回流閥全部關(guān)閉或者轉(zhuǎn)速降到最低為止。

    2、判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域。則先關(guān)閉防喘振閥，如果回流閥全部關(guān)閉，還沒有達(dá)到設(shè)定值，則開始升轉(zhuǎn)速，直至到達(dá)設(shè)定值為止。

    3、判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，如果回流閥在半自動(dòng)狀態(tài)，則關(guān)閉到半自動(dòng)狀態(tài)的設(shè)定值，還沒有達(dá)到設(shè)定值，則開始升轉(zhuǎn)速，直至到達(dá)設(shè)定值為止。

    4、判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則關(guān)閉防喘振閥，如果防喘振工作點(diǎn)已經(jīng)離控制線1%范圍內(nèi)時(shí)，還沒達(dá)到設(shè)定值，則開始升轉(zhuǎn)速，如果升轉(zhuǎn)速時(shí)，工作點(diǎn)到達(dá)離控制線大于3%時(shí)，還沒達(dá)到設(shè)定值，此時(shí)停止升轉(zhuǎn)速，開始繼續(xù)關(guān)閉防喘振閥，當(dāng)關(guān)閉到工作點(diǎn)離控制線到1%-3%之間時(shí)達(dá)到設(shè)定值則保持當(dāng)前狀態(tài)，分餾塔頂壓力調(diào)節(jié)防喘振閥。反之，繼續(xù)持續(xù)循環(huán)之前步驟操作，直至達(dá)到設(shè)定值為止?？刂魄€如圖3所示。

圖3iMES智能軟件控制下的參數(shù)曲線

    升分餾塔壓力的控制和降分餾塔控制過程類似。

    從控制曲線可以看出，投入iMES智能控制軟件以后，控制曲線發(fā)生很大的變化，整個(gè)控制過程不需要人工干預(yù)，放空和切塔周期的工藝參數(shù)跟蹤控制需求變化平穩(wěn)，分餾塔頂壓力（綠色曲線）波動(dòng)范圍在3KPa之內(nèi)。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速（黃色曲線）跟隨分餾塔頂壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。氣壓機(jī)組操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，真正做到了機(jī)組控制的“無人駕駛”。

    在功能上實(shí)現(xiàn)分餾塔頂壓力控制與防喘振控制的解耦控制優(yōu)化，當(dāng)這兩個(gè)功能都處于自動(dòng)控制模式時(shí)，防止發(fā)生防喘振控制與分餾塔頂壓力控制之間的耦合作用，當(dāng)防喘振閥必須打開時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速能夠自動(dòng)跟蹤防止分餾塔頂壓力的大幅波動(dòng)，對(duì)解耦控制實(shí)行的是有差控制，操作人員可以根據(jù)分餾塔頂?shù)膲毫Σ▌?dòng)范圍設(shè)置一定的死區(qū)，當(dāng)測(cè)量值超過設(shè)定值與此死區(qū)的偏差時(shí)，才進(jìn)入調(diào)節(jié)模式，當(dāng)調(diào)到在設(shè)定值偏差范圍之內(nèi)時(shí)，自動(dòng)停止調(diào)節(jié)，防止轉(zhuǎn)速對(duì)喘振閥頻繁調(diào)節(jié)。分餾塔頂壓力控制與防喘振解耦功能的具體實(shí)施原理如圖4所示。

圖4汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與防喘振閥解耦控制曲線圖

    四、運(yùn)行效果分析

    濟(jì)南煉化焦化APC軟件在2016年底上線運(yùn)行，利用智能調(diào)節(jié)功能優(yōu)化裝置各部分之間的物料傳遞平衡；優(yōu)化精餾部分的操作，已經(jīng)取得了平均提高輕收1.7%，能耗降低1.8%的成效。但機(jī)組控制優(yōu)化前APC不能與富氣壓縮機(jī)組和分餾塔頂壓力無縫銜接，對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗產(chǎn)生了瓶頸。

    隨著富氣壓縮機(jī)優(yōu)化控制iMES的投運(yùn)，對(duì)分餾塔頂壓力實(shí)現(xiàn)精確控制，可以進(jìn)一步降低焦炭產(chǎn)率，提高輕收，提高蠟油產(chǎn)率,真正實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行。

    此次改造實(shí)際增效：

    336萬（節(jié)約蒸汽）+50萬（減少空冷負(fù)荷）共計(jì)386萬元/年。

    五、結(jié)束語

    濟(jì)南煉化iMES控制系統(tǒng)智能軟件和燕山石化黑屏操作如出一轍，智能化軟件的應(yīng)用對(duì)控制方式和運(yùn)行效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)乃至安全環(huán)保都帶來深遠(yuǎn)的影響。相信隨著計(jì)算機(jī)科技、儀器儀表和人工智能的發(fā)展，這些高科技的應(yīng)用將給?；袠I(yè)帶來全新的變化，全新的智能自動(dòng)化生產(chǎn)企業(yè)不再被工廠的地理位置所限制。安全、環(huán)保、節(jié)能和高效在人工智能的推動(dòng)下全部實(shí)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)中全自動(dòng)控制的無人駕駛模式替代人工勞動(dòng)力這一趨勢(shì)必將到來。