油品调合系统在呼和浩特石化公司的应用

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油品调合系统在呼和浩特石化公司的应用
孟亚强 海柱 种远
（中国石油呼和浩特石化公司 内蒙古呼和浩特 010070）
摘 要：该文根据呼和浩特石化公司油品调合的现状，利用霍尼韦尔公司的调合软件进行在线优化，根据产品的质量指标计算调合性质，针对汽柴油调合的工艺过程，用非线性的计算方法及变模型优化控制技术，结合DCS和近红外分析仪，开发、实施了在线优化调合控制系统，油品在线自动调合可以较好的解决汽柴油质量指标问题，取得了明显的经济效益和社会效益，并节约了成本。
关键词：在线调合 优化调合 霍尼韦尔系统
中图分类号：TE96文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0255-02
1 概述
1.1 油品调合系统应用简述
随着国内民用车辆的数量快速增加，以及汽车档次的提高，尤其对于93#汽油的指标控制从辛烷值的控制，增加到对辛烷值、烯烃、芳烃、笨和硫含量的多参数指标控制。特别是随着国家对清洁汽油的标准在今年内将全部油品提高到 “国Ⅳ”，将来甚至要提高到“国Ⅴ”的标准，这就使得采用“在线优化调合技术”来进行清洁汽油的生产，提高效益的要求也日益提高，而且可以减少产品的质量过剩（如辛烷值浪费），降低产品成本。目前管道在线优化调合系统逐渐得到国内石化公司的重视。油品调合优化与调度解决方案的主要效益有：减少调合配方流失、调合质量流失、库存储存量过剩和组分油库存断量等。其更大限度地提升成本及组分油的价值，优化调合控制系统和先进控制优化解决方案为其提供支撑，以确保该优化的调合调度能得到有效执行。
1.2 呼和浩特石化公司以往的油品调合的现状
呼和浩特石化公司以往的油品调合为管道调合方式，以93#汽油调合为例：常压汽油和催化汽油在出装置时进行分析，根据化验分析结果计算MTBE的加入量，四股组分油通过管道直接到混合器进行混合，通过泵打到成品罐，调合结束后，对成品罐的汽油进行分析，若产品质量不合格，则再加入适当的MTBE，重新使用泵倒灌来达到混合目的，调节产品质量。从上述的调合过程不难看出，质检部根据化验分析结果向储运车间下达调合配方，储运车间接受指令后，手动进行调合，调合产品质量分析结果没有实时数据，控制精度低，不但需要占用大量的原料（组分）罐和成品油罐，而且成品油质量过剩较大，调合效果不能及时监控，整个调合的自动化水平很低。
2 油品调合控制系统
2.1 霍尼韦尔在线调合优化控制原理
在大多数石化公司，因为涉及产品质量问题，装置生产出的油品不能接出厂，而是先在中间油罐中储存，必须经过在线调合、化验合格后再批量出厂。采用先进的优化控制技术与油品调合过程，最优化利用贵重组分油，为了调合结束时生成一个装满合格产品的成品罐，同时实现产品质量过剩最小的目标，需要考虑调合前成品罐罐低油的因素，将罐的初始量和初始产品质量作为计算的初始点，跟踪调合过程中所有质量指标的累积偏差，并在一定的量产品范围内通过调合消除这些偏差，即对成品罐中的产品质量进行控制。其控制原理如图1所示。
从各组分油装置生产出来的半成品油通过转输泵转到组分油灌区，等待调合。油品车间接到公司生产调度下达的油品调合订单之后，车间操作员按照调合订单人工输入指标值、目标罐的罐低油量及化验分析出的值。开始调合后，在线调合控制系统通过内部计算得出最优比例及控制方案，经局域网络直接把控制数据下载至和利时DCS控制系统控制器中，随后DCS系统按照指令打开相应的阀门及转输泵，开始进行在线动态调合，在调合过程中近红外在线分析仪实时分析调合出来的油品的各种元素的含量，把数据传给调合优化计算模块，与目标值进行对比，重新得到各组分油的新比例值，再将新的控制数据下载至DCS控制系统中，经过调整各组分油的流控器的开度来进行非线性调合。
2.2 汽柴油在线调合系统架构
呼和浩特石化公司在线调合装置使用霍尼韦尔BMA系统，用于检测和控制汽柴油的调合操作。本软件系统包括以下三个部分，如图2所示。
调合比例控制（BRC）：监视和监控在线调合系统的所有部分，如：泵、阀、流控器和分析仪。BRC能够控制从调合开始到调合完成的整个调合过程，同时检测设备的故障以及过程的波动。
标准的调合优化控制（OPENBPC）：通过分析仪的反馈可监测调合产品的属性，并自动调节调合头各组分的比率直至满足产品的质量需求。通过与BRC之间的接口，OPENBPC进行在线的、非线性的实时调合优化。OPENBPC通过优化单个组分配方的设定值为石化公司汽油、柴油、燃料油和基础油调合提供复杂的性质控制。
调合订单（BI）：调合指令，即用于执行调合指令的管理，以固定的调合场景号组织，能够被操作员下载到调合比例控制系统。
2.3 霍尼韦尔系统硬件结构介绍
如图3所示，描述了油品调合系统的硬件结构，这种结构允许过程控制网上的OpenBPC服务器访问分布式控制系统（DCS）的BRC数据。
域控制器（PDC）：本系统使用域控制器，防止重要数据的安全性。
OPC服务器：实现与和利时的DCS控制系统之间的实时数据交换，是底层DCS系统与上层信息系统之间的桥梁和纽带。一方面能将上层业务指令转换成底层控制信号，另一方面能将底层过程数据转换成上层业务信息。
OpenBPC服务器：与BRC紧密配合，共同完成基础的组分配方控制和高级质量控制。通过来自在线分析仪的质量测量和调合模型来确定最佳的组分配方方案。除了质量控制，OpenBPC服务器提供调合订单管理工具给石化公司生产调度人员使用，提供调合优化报告和调合历史数据。
BRC操作站：监视和控制调合组分油的流量和体积，根据配方控制组分油的比率和添加剂的量。其主要功能有：调合头设定、流量比例控制、调整调合次序、调合监视、监视在线分析仪的状态以及更改调合模式等功能。
2.4 调合方案及调合状态变化如下曲线所示：（图4）
首先，初始化指定的累计器和控制器，初始化属性误差值。之后确定调合所需的设备和流程符合启动的需求，进入开始调合。此时，系统主设定是一个初始的、已组态好的值，随后调合状态进入初始斜坡上升阶段，经过一段时间后调合保持一个较小的稳定流量，同时分析仪置于在线状态。随后主设定值以固定的速率递增（即斜坡上升）到稳态目标流量。如果有一个流量控制器无法达到所需的流量，便降低主设定值，直到所有控制器达到设定的比率为止。如果主设定值低于初始保持中的最小值，调合将停止。调合进入稳定状态后如果操作员不改变目标流量比率，也没有流量干扰，那么所有的调合流量保持不变，此时主设定值自动进行调节以保持调合流量在规定的误差范围内，且只有在稳定状态下才能投入标准的调合优化控制OpenBPC。当调合的总体积达到调合减慢体积时，调合状态进入斜坡下降阶段，直至调合终止。斜坡下降阶段可设定百分比值，以提高调合质量。
3 结语
该文对呼和浩特石化公司汽柴油调合控制系统进行简要的介绍，在原有的和利时DCS控制系统基础上开发了一套基于霍尼韦尔公司技术的汽柴油调合在线优化控制系统，解决了手工经验调合质量过剩和低效问题，应用到呼和浩特石化公司的实际生产中产生了很好地经济效益。该控制系统不但人机界面友好，工业应用投资成本低，软件系统性能好，而且考虑到了实际生产中可能出现的多种情况，运行速度能很好地满足实时优化的要求，经济效益十分明显，具有很好地推广应用前景。
参考文献
[1]邹益民，周哲民.现场总线仪表技术[M].化学工业出版社，2009.
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[5]蒋凡，何盛宝，刘东蒿.油品在线调合及自动化系统的应用[J].石油化工设计，2006（23）：46-49.