先進控制技術(shù)對煉油化工行業(yè)的應(yīng)用

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摘要：在煉油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，先進控制技術(shù)作用重大，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程中的高效控制，從而提高生產(chǎn)的效率和油品質(zhì)量，因此當前先進控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)獲得了重要應(yīng)用。基于此文章對先進控制技術(shù)的特點進行了分析，介紹了在煉油化工行業(yè)中應(yīng)用的先進控制技術(shù)，并且結(jié)合生產(chǎn)實際，對于實際應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：先進控制技術(shù)；煉油化工；應(yīng)用

1先進控制系統(tǒng)的主要特點

先進控制技術(shù)主要具有以下五個特點：(1)傳統(tǒng)的控制技術(shù)需要應(yīng)用精確的數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制，這導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到限制，而先進控制技術(shù)則不受這一因素的限制，可以在對研究對象模型知之甚少甚至不知道的前提下實現(xiàn)控制，模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以在較大范圍內(nèi)變動，因此先進控制技術(shù)可以解決傳統(tǒng)控制無法解決的問題，具有更大的應(yīng)用范圍，如可以采用模糊控制來進行生產(chǎn)的控制。(2)先進控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大時滯、多變量耦合等復(fù)雜的多變量過程控制，被控變量和控制變量之間存在各種約束條件。不同于傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)技術(shù)只能夠完成控制任務(wù)單一性的特點，能夠建立在常規(guī)單回路控制之上的動態(tài)協(xié)調(diào)約束控制，從而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)性和操作性的要求。(3)應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論難以解決高度非線性的問題，而應(yīng)用先進控制技術(shù)則可以有效地解決這一問題，為解決這類問題提供途徑。(4)先進控制技術(shù)具有具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習和自協(xié)調(diào)能力，有補償及自修復(fù)能力和判斷決策能力。(5)在實際運行過程中，先進控制技術(shù)需要足夠的計算機算力作為支持，隨著DCS技術(shù)的不斷發(fā)展，當前很多的先進控制策略可以在DCS上實現(xiàn)，先進控制的可靠性、可維護性以及可操作性都得到了比較大的提升。

2煉油化工行業(yè)的先進控制技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)的采集、處理、軟測量技術(shù)

在煉油化工領(lǐng)域應(yīng)用先進控制技術(shù)過程中，為了使其作用可以得到充分的發(fā)揮，保證實時數(shù)據(jù)充足、準確是重要的前提。但是在實際生產(chǎn)過程中，由于現(xiàn)場儀表信號等的不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集工作準確性易受到影響，容易出現(xiàn)失真、噪聲波動等多方面的問題，因此需要通過對信號數(shù)據(jù)進行必要的識別處理，包括對信號數(shù)據(jù)變化程度進行檢查等措施，提高數(shù)據(jù)的準確性。軟測量技術(shù)主要應(yīng)用了熱量平衡、壓力平衡等方面的機理，在先進控制技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要在半機理半經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用軟測量模型和相應(yīng)的計量方法，來進行變量的測量工作，從而基于其完成對生產(chǎn)過程的控制，這是先進控制技術(shù)的重要功能，常見軟測量包括循環(huán)劑循環(huán)量和熱爐效率計算等方面[1]。在先進控制技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有非常重要的應(yīng)用，其對先進控制技術(shù)的實際控制效果有比較大的影響。在先進技術(shù)在煉油化工行業(yè)的實際應(yīng)用過程中，信息是先進控制技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，而且受到煉油化工行企業(yè)在生產(chǎn)過程中噪聲是比較大的。因此為了提升收取信息的準確性，在進行信息的收集時還需要進行噪聲處理，通過濾波等方式來降低信息干擾，從而提高收集到的信息的準確性，更好的為先進控制提供信息支持。在完成信息的收集工作之后，需要進行誤差的監(jiān)測和識別，從而提高信息收集的準確性。舉例來說，在煉油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中。汽油的飽和蒸氣壓、粗汽油的干點以及輕柴油的傾點等數(shù)據(jù)都需要進行采集[2]，這些信息的采集質(zhì)量直接影響到指標評估的準確性，因此對其進行全面的數(shù)據(jù)信息采集，保證數(shù)據(jù)信息的準確性非常重要。

2.2人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)在煉油化工領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景，尤其是在過程控制領(lǐng)域，人工智能技術(shù)具有重要應(yīng)用。當前，常見的人工智能技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)元系統(tǒng)等。在實際應(yīng)用中，專家系統(tǒng)主要應(yīng)用于儀表測量、工業(yè)過程故障分析等領(lǐng)域，用于解決生產(chǎn)過程中遇到的問題，并且對生產(chǎn)的過程進行監(jiān)督，保證生產(chǎn)的質(zhì)量，在規(guī)模較大的機組中應(yīng)用比較廣泛；神經(jīng)元系統(tǒng)的主要作用是為非線性過程建模提供有效的方法，在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，當前應(yīng)用較為廣泛的包括前向網(wǎng)絡(luò)法和反向傳播算法等，通過應(yīng)用神經(jīng)控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對煉油化工生產(chǎn)過程中的復(fù)雜加工模式進行聯(lián)想和推測處理，通過應(yīng)用其自學(xué)能力，能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行智能化的預(yù)測，從而提升生產(chǎn)的質(zhì)量。模糊控制是基于模糊控制理論的一種人工智能技術(shù)，在現(xiàn)階段應(yīng)用還不廣泛，隨著該技術(shù)的發(fā)展，其在改善原有控制過程方面會有比較重要的應(yīng)用[3]。

2.3預(yù)測控制技術(shù)

預(yù)測控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展處多種相應(yīng)理論，其中以預(yù)測啟發(fā)控制和動態(tài)矩陣控制兩種最為著名。預(yù)測控制模型的工作原理有兩種，分別是脈沖響應(yīng)和階躍響應(yīng)，這兩種原理的應(yīng)用都比較簡單，獲得相應(yīng)模型都較為容易。在預(yù)測控制技術(shù)中，一方面保留了傳統(tǒng)控制原理的先進思想，同時應(yīng)用滾動優(yōu)化的方法對傳統(tǒng)控制方式進行了優(yōu)化。在預(yù)測控制技術(shù)中，能夠通過實測值對預(yù)測進行反饋了校正，從而降低不確定性對于控制的影響，提高控制的準確性。在預(yù)測控制技術(shù)的實際應(yīng)用中，主要通過數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)信息輸出變量的預(yù)測，然后通過預(yù)測出來的信息來對生產(chǎn)過程進行反饋控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的有效控制。同時，其還能夠利用不可測擾動進行推算，具體包括組分推斷控制、熱焓控制以及內(nèi)回流控制等方面內(nèi)容。在實際應(yīng)用過程中，該技術(shù)可以不應(yīng)用在線分析的方式來進行信息的反饋，其通過進料、溫度和壓力等數(shù)據(jù)信息就能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)流程的確定，并且進行精確的反饋控制，對煉油化工的生產(chǎn)過程進行高效控制，提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，更好的保證生產(chǎn)的安全性。

2.4模型辨識技術(shù)的應(yīng)用

模型辨識技術(shù)是指，在煉油化工生產(chǎn)過程中，對動態(tài)模型進行的質(zhì)量控制。煉油化工的生產(chǎn)流程是比較復(fù)雜的，提高了模型辨識工作的難度，需要應(yīng)用具有較強辨識能力的軟件來進行模型識別，從而將數(shù)據(jù)信息中的各類虛假信息刪除掉，并且獲取具有實際應(yīng)用價值的信息，將其應(yīng)用到煉油化工的先進控制工作中，提高控制的準確性。在此過程中通常需要應(yīng)用到動態(tài)數(shù)學(xué)模型，因此該模型在應(yīng)用過程中需要應(yīng)用到動態(tài)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)以及系統(tǒng)辨識學(xué)等，從而起到良好的辨識效果。

3先進控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)的具體應(yīng)用

先進控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)中有著重要應(yīng)用，通過煉油化工企業(yè)的生產(chǎn)裝置中應(yīng)用先進控制技術(shù)能夠有效地提高生產(chǎn)的控制水平，提高生產(chǎn)的效率，從而推動煉油化工企業(yè)的發(fā)展，下面對先進控制技術(shù)在石油煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置中的具體應(yīng)用進行探討。

3.1先進控制技術(shù)在加熱爐中的應(yīng)用

在加熱爐中，先進控制技術(shù)主要有以下四方面的應(yīng)用：(1)加熱爐熱效率。將先進控制技術(shù)應(yīng)用到加熱爐熱效率的相關(guān)算法中，可以優(yōu)化加熱爐熱效率的控制，使得加熱爐熱效率得到提升。(2)加熱支路平衡。先進控制技術(shù)在加熱支路平衡中也有重要作用，在實際生產(chǎn)過程中，若加熱爐的溫度和進料都保持不變，需要根據(jù)溫度的高低，對加熱爐管的流量進行調(diào)整，從而使支路出口處的溫度保持相同，通過這樣的控制手段，能夠使避免部門加熱管道出現(xiàn)明顯過熱的問題，從而可以延長加熱爐的使用壽命，先進控制技術(shù)的應(yīng)用可以更加準確的調(diào)整加熱爐管流量，起到更好的控制效果。(3)加熱爐出口溫度串級控制。通在加熱爐加熱過程中，干擾源會對其運行造成影響，通過應(yīng)用先進控制技術(shù)，能夠?qū)⑶梆佇畔⑷谌氲交芈窢t之中，從而降低干擾，提高溫度控制的準確度，從而使出口溫度控制達到良好的效果。(4)加熱爐提降量控制。應(yīng)用先進控制技術(shù)，能夠在加熱爐總流量出現(xiàn)變化時，對總流量進行合理、均勻的配置，從而使爐膛溫度保持在要求范圍內(nèi)，保證生產(chǎn)工作的正常進行。

3.2先進控制技術(shù)在分餾塔中的應(yīng)用

在煉油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，分餾塔中段的回流取熱控制是一項重要內(nèi)容，通過應(yīng)用先進控制技術(shù)，能夠有效地提高回流取熱分配的合理性。在分餾塔中段回流取熱控制工作中，主要應(yīng)用預(yù)測控制技術(shù)。在具體工作過程中，首先確定生產(chǎn)方案，明確分餾塔各個階段的取熱比例和范圍，然后通過先進控制技術(shù)，將取熱比控制在范圍內(nèi)。對于中段回流控制，主要應(yīng)用的是動態(tài)矩陣控制方法，在實際控制中，取熱量作為控制變量，回流量則作為操作變量，通過對回流取熱進行控制和合理化分配，提高生產(chǎn)的質(zhì)量。

3.3原油蒸餾塔的建模與優(yōu)化

原油蒸餾塔模型是基于Sorel平衡性模型來進行建立的。Sorel平衡模型進行了如下假設(shè)：任一平衡級的兩相物流總處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，通過對各平衡級進行物料平衡、能量平衡、相平衡計算，可以建立模型，并且得到Sorel方程。在實際應(yīng)用過程中對于Sorel模型方程，有多種不同的計算機求解算法，包括方程分解算法等。在常壓蒸餾過程中，需要解決穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題，這一問題可以被描述為在平衡操作的前提下，利用蒸餾過程數(shù)學(xué)模型，在一定質(zhì)量指標約束下，用遺傳算法來對目標函數(shù)進行求解和優(yōu)化，最終計算出操作變量的設(shè)定值，操作人員可以根據(jù)計算結(jié)果，進行操作過程的控制和優(yōu)化。

3.4基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的粗汽油干點和輕柴油傾點

軟測量及質(zhì)量卡邊控制根據(jù)生產(chǎn)實踐可知，粗汽油干點和輕柴油傾點與其對應(yīng)的溫度和油氣分壓呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，具體表現(xiàn)出以下特點：在對應(yīng)的溫度較高時，質(zhì)量點也較高；對應(yīng)的油氣分壓高時，則質(zhì)量點的值低。基于這一規(guī)律，通過應(yīng)用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠通過已獲得的化驗值和相關(guān)參數(shù)值尋找出最佳的權(quán)重即樣本學(xué)習，然后把實時的相關(guān)參數(shù)值通過該權(quán)重計算出適時的軟測量值。

3.5先進控制技術(shù)在延遲焦化裝置中的應(yīng)用

在延遲焦化裝置中應(yīng)用先進控制技術(shù)，能夠起到良好的控制效果。在生產(chǎn)實踐中，某煉油企業(yè)在延遲焦化裝置中應(yīng)用了先進控制技術(shù)，通過應(yīng)用先進控制技術(shù)能夠充分應(yīng)用多變量控制器的協(xié)調(diào)能力，從而有效的提高裝置操作的穩(wěn)定性。在煉油廠生產(chǎn)裝置中，焦化裝置在生產(chǎn)過程中具有特殊性，在焦炭塔進行切換時，焦炭塔暖塔和吹氣將給裝置的操作帶來較大幅度的擾動，而且導(dǎo)致的擾動是無法進行測量的應(yīng)用先進控制技術(shù)可以解決這一問題，在實際應(yīng)用中，可以將擾動作為反應(yīng)系統(tǒng)控制器的事件干擾變量，以變幅度的擾動序列來描述事件，通過這樣的方式可以有效的降低焦炭塔切換對生產(chǎn)造成的影響從而有效的提高生產(chǎn)的效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.6先進控制在液體催化裂化流程中應(yīng)用

在石油煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中，液體催化裂化是重要的工藝流程，通過在該工藝流程中應(yīng)用先進控制技術(shù)，能夠有效的提高控制效果，提高生產(chǎn)的效率。某企業(yè)通過在液體催化裂化工藝流程中應(yīng)用先進控制技術(shù)，有效提高了生產(chǎn)效率，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，先進控制技術(shù)在應(yīng)用以后，該企業(yè)減壓渣油摻減率、汽油收率、柴油收率、輕質(zhì)油收率都獲得了顯著提升，而液化石油氣收率、干氣收率、油漿收率等下降。該公司還對分餾穩(wěn)定系統(tǒng)進行了優(yōu)化，并且對先進控制系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)濟效益進行了評價，結(jié)果顯示通過先進控制技術(shù)的應(yīng)用，可以為該企業(yè)帶來超過800萬元/年的收益，因此先進控制技術(shù)得以應(yīng)用起到了良好的效果。

4煉油化工自動化的發(fā)展建議

煉油化工企業(yè)需要不斷提高自身自動控制的水平和應(yīng)用效率，通過積極開發(fā)和應(yīng)用先進控制系統(tǒng)，來提高生產(chǎn)控制水平，提高現(xiàn)有裝置的經(jīng)濟利益。同時，還應(yīng)強化當前已有的先進控制軟件的商品化開發(fā)，推廣其不斷應(yīng)用，推動其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在生產(chǎn)過程中，要著重加強生產(chǎn)運營和設(shè)備的安全性監(jiān)測、故障診斷和預(yù)報控制等技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提高企業(yè)生產(chǎn)的安全性。加上環(huán)保監(jiān)測自動控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，特別針對環(huán)境污染嚴重，或者是存在易燃、易爆和易中毒的崗位和工作場合，需要建立監(jiān)測和預(yù)報系統(tǒng)，從而保證生產(chǎn)的安全，并且確保生產(chǎn)過程滿足環(huán)境需求。在推動煉化企業(yè)信息化和自動化控制水平的過程中，過程控制的技術(shù)人員需要提高自身知識的廣度，同時把從事計算機科學(xué)、人工智能、過程控制與化學(xué)工程的技術(shù)人員有機結(jié)合起來，通過交叉學(xué)科性質(zhì)的新課題研究，提高煉油化工自動化水平，從而更好的滿足生產(chǎn)的實際需求，推動煉油化工行業(yè)的發(fā)展。

5結(jié)語

隨著先進控制技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用不斷深化，其在煉油化工領(lǐng)域還將獲得非常重要的應(yīng)用。就當前中國煉油化工行業(yè)發(fā)展的情況而言，先進技術(shù)的應(yīng)用還處于初級階段，在實際應(yīng)用中還需要借鑒發(fā)到國家的經(jīng)驗。因此，煉油化工企業(yè)應(yīng)加大投入，加大對先進控制技術(shù)的研究和革新，推動中國煉油化工行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]馬記源，郭文超.探究先進控制技術(shù)在煉油化工行業(yè)的應(yīng)用[J].化工管理，2018(24):108-109.

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[3]楊周.先進控制技術(shù)在常減壓裝置中的應(yīng)用[J].化工中間體，2019(1):55-56.

作者：張永輝 紀紅霞 單位：山東華星石油化工集團有限公司