原油调合优化控制系统设计与实现

炼油与化工　ＲＥＦＩＮＩＮＧ　ＡＮＤ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第２４卷　原油调合优化控制系统设计与实现　周家庆　，陈夕松　，胡产计划处，江苏南京２１００３３）　隼　，刘轶　（１．南京富岛信息工程有限公司，江苏南京２１００６１；２冻南大学自动化学院，江苏南京２１００９６；３．中国石油化工股份有限公司金陵分公司生　摘要：由于原油品种和来源越来越复杂、性质波动大，人工调合已很难满足常减压蒸馏装置对原油　进料性质稳定的要求。文中设计了原油调合优化控制系统，可快速评价分析原油性质，以调合后性　质偏差最小（或经济最优）为目标，获取最优调合配方，实现原油自动调合。　关键词：原油；调合控制；快速评价；控制系统　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—４９６２（２０１３）０３—００２２—０２　我国多数炼化企业都面临着原油产地多元、　类为考虑生产成本等在内的经济最优优化目标。　文中设计的调合优化子系统支持这２种优化目标。　１．１．１性质偏差最小性质偏差最小是在满足一　定约束条件下，通过求解多种生产指标与设定值　偏差最小，得到各种参与调合油种的比例：　厂　、２　种类复杂、性质多变的问题，总体倾向是劣质及重　质原油比例持续升高，严重影响原油加工效率和　产品质量。常减压装置（ＣＤＵ）是原油加工的主体　设备，ＣＤＵ在生产中对原油的性质有严格的要求，　原油性质的相对稳定、均衡，对装置平稳操作、防　止设备腐蚀、生产优化至关重要。炼油企业目前广　泛采用人工调合，配比量不精确、安全性差。　１方案设计　（ｘ）＝∑　Ｉ￣ａｊｉ．Ｔ，ｉ—Ｐｊ　ｌ　，＝１　１　／　∑　＝１　ｚ＝１　原油调合优化控制系统主要包括原油调合优　ｗＸ≤ｔＢ　Ｘ≤　化子系统、原油调合控制子系统、现场设备及仪表　和实验室数据管理系统４个部分，总体结构见图ｌ。　原油调合优化子系统　Ｘｍ。　≤Ｘ≤　（１）　式中　ｏ（ｘ）一目标函数；ｉ一参与调合原油的掺　炼线个数即组分油个数，７一组分油或调合后原　油相关性质的个数；Ｘ一各组分油的占比，　ｌ性质偏差最小ｌ　原油性质含量　ｌ经济最优ｌ　调合占比及罐存量等　原油调合控制子系统　ｘ＝［　ｚ２…ｚ　］　，ｘ＞０；，ｌＪ一原油第Ｊ　（广二＝１，２…　）种性质的权重，　，≥０；口　一原油　实验室数据　管理系统　ｌ　流量偏差Ｉ　Ｉ　原油流量　ｌ　滚动修正ｌ　ｌ　同步控制　第ｉ条掺炼线即第ｉ种组分油的第７种性质含量；　一ｉ原油实际流量调节阀开度控制等　一原油第　种性质含量的调合目标，　≥０；　当前批次调合总量，砌≥０；ｔ一当前批次调　ｌ　Ｕ　：　１设备及够　，　、　合预计执行时间，ｆ≥０；Ｂ一原油各掺炼线最大　ｌ口　Ｊ　ｎ　Ｌ　Ｊ＿　组分罐一　…调合泵流量计　调节阀　ＣＤＵ　静态　　混合器＼—／　流速，Ｂ＝［ｂｌ，６２…６　］　，Ｂ≥Ｏ；Ｖ一与各掺炼线　连接的各调合罐即各组分油可供调合总量，　＝图１原油调合优化控制系统总体结构　［　１，　２…　］　，　≥０；　。　和　分别为预先　１．１调合优化子系统设计　设定的各组分油占比的下限和上限，　原油调合优化问题可分为２类。第１类以调　Ｘｍ。ｎ＝ｌｚｌ　ｉｎ，ｚ２ｍ。ｎ…ｚ　ｍｉ　『，ｘｍ。ｎ≥０　Ｘｍａｘ＝ｌｚ１　，　２ｍ　…　ａｘｒ，ｘｎ１ａ　≥０。　合后的原油性质含量与目标偏差最小为目标；第２　基金项目：江苏省科技支撑计划项目，编号ＢＥ２０１２０１２　２０１３年第３期　周家庆，等．原油调合优化控制系统设计与实现　２３　１．１．２经济最优　经济最优是在考虑调合后原油　性质满足要求的情况下，实现生产成本最小化：　）＝Ｃｉ．７５　２＝ｌ　，，　、　ｉ　≤Ｉ＼ｌ∑ａ　ｌ　ｊｉｄｇｉ一　Ｉ／　≤　一　：１　ｗＸ≤ｔＢ　ＢＸ≤　Ｘｍ　ｎ≤　≤Ｘｍ　（２）　式中　ｆ　一第ｉ种组分油的采购价格，Ｃ　≥０；其　余参数与式（１）相同。　系统运行时，原油调合优化子系统工作流程　见图２。　开始　本批次调合参数初始化　选择优化目标　选择参与优化的原油性质及其范围、　优化方式和权重　获取掺炼原油当前性质数据　计算掺炼原油调合占比　占比下发到原油调合控制子系统执行　否　本次调合完成　＼丫　＜堕　＞　图２原油调合优化子系统工作流程　１．２调合控制子系统设计　调合控制子系统根据调合优化子系统给出的　最优调合占比和主需求流量（即各掺炼线混合后　总管线流量），计算各条掺炼线的流量。　Ｆｓ　ｏ＝　×Ｆ　（３）　式中　加为第ｉ条掺炼线的初始设定流量，１１３。／ｈ；　，为第ｉ条掺炼线调合比例；Ｆ为主需求流量。　１－２．１流量偏差滚动修正原油流量的调合是按　一定的控制周期循环进行的。每经过１个控制周　期瞧，累积流量难免会出现偏差，该设计所提出　的方法能在当前控制周期中自动补偿上一控制周　期的累积流量偏差，实现流量偏差滚动修正。各　掺炼线按照计算的初始设定流量　加输出相应的　原料，进行调合；１个控制周期后，计算上１个控制　周期的累积流量偏差量△　Ｆ　（　一１）；　△∑Ｆｆ　一１）一∑Ｆ枷（走一１）一∑Ｆ　一１）　（４）　△　Ｆ　一１）一第ｉ条掺炼线上１个控制周期　的累积流量偏差，ｍ　；　Ｆ　（尼一１）一第ｉ掺炼线上　一控制周期的实际流量，ｍ　；　Ｆ　一１）一第ｉ掺　炼线上一控制周期的预期总流量，ｎｌ　；各掺炼线根　据上一控制周期的累积流量偏差量为　△∑Ｆ　（七一１），修正当前周期的流量Ｆ却（　）：　Ｆ　（ｋ）＝Ｆｉｓｔ－ｏ（　）＋—ａ￣Ｆ—亍，（ｋ－１／　（５）　——式中　Ｆ　（尼）一第ｉ条掺炼线当前控制周期在累　积流量偏差修正后的流量设定值，ｍ　／ｈ；Ｆ枷（志）一　第ｉ掺炼线当前控制周期的初始设定流量，ｍ　／ｈ；　丁～控制周期。　１．２．２原油流量同步控制　在有些情况下（如管道　受阻），当某掺炼线ｉ的调节阀开度大于有效调节　范围的最大值，而当前实际流量Ｆ　依然达不到　要求时，系统能自动降低其它掺炼线的设定流量，　以保证流量之问比例不变，实现流量同步控制。　基于上述方法，得到第ｉ条掺炼线的最终流量　设定值，采用ＰＩＤ算法调节阀门开度大小。　系统运行时，原油调合控制子系统工作流程　见图３　开始　设置本次调合参数　采集信号　计算掺炼线流量　——Ｔ　一　计算阀门开度输出　否　调合是否完成　＼／　Ｊ　是　＜竺查＞　图３原油调合控制子系统工作流程　２４　炼油与化工　ＲＥＦＩＮＩＮＧ　ＡＮＤ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第２４卷　ＡＰＣ控制系统在常减压装置的应用　王莲静　，马昕桐。，满燕茹　，李航天　（１．大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆１６３７１１；２．哈尔滨工业大学信息与电气工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００６）　摘要：分析了ＡＰＣ先进控制系统在常减压装置投用后，对装置操作平稳率、产品质量及侧线收率的　提升效果。表明ＡＰＣ系统的应用可使装置操作更加平稳，降低了操作人员的劳动强度；提高了产　品质量的控制精度，提高了目标产品的收率。　关键词：ＡＰＣ系统；常减压；平稳率：产品质量　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—４９６２（２０１３）０３—００２４—０３　该常减压装置的ＡＰＣ系统采用ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ　公司ＰＲＯＦＩＴ　ＣＯＮＴＲＯＬＥＲ（Ｒｌ６０升级为Ｒ２０５）多　变量预测控制技术与ＦＲＡＣＴ１０ＮＡＴＯＲ（Ｒ１６０升级　式投用。　１系统软硬件配置　系统的软件和硬件配置见表ｌ；网络拓扑结构　见图１。　为Ｒ２０５）软仪表技术，于２０１０年１１月底进行了正　２应用实例　２０１１年１０月，金陵石化４　ＣＤＵ原油调合优化　从图５可知，石脑收率稳定在２０％左右，避免　原油性质波动给后续加工装置带来的不利影响。　３结论　控制系统成功上线投运。硫要求控制在２．５％，酸　值要求控制在１．０　ｍｇＫＯＨ／ｇ以下，石脑油收率要求　稳定在（２０＿＋１）％。调合后原油取样硫含量、酸值见　图４，ＣＤＵ侧线石脑油收率见图５。　设计的原油调合优化控制系统，综合考虑了　工艺设备等约束对调合配方的影响，以性质偏差　最小经济最优为目标进行优化调合，为ＣＤＵ提供　满足性质要求的原油，实现原油流量自动配比。　现场实际应用结果表明，原油调合优化控制系统　可以避免原油性质波动给ＣＤＵ及后续加工装置带　来的损害，并降低成本，提高劳动生产率，达到了　预期设计要求。　参考文献：　图４硫含量及酸值实际曲线　ｌ　１　Ｊ　Ｄｉａｚ　Ａ，Ｂａｒｓａｍｉａｎ　ＪＡ．Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｆｕｅｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，　由图４可见，硫含量控制在２．５％以下，酸值控　制在１．０　ｍｇＫＯＨ／ｇ以下，满足４＂ＣＤＵ对硫含量和酸　１９９６，７５（２）：７１—７６．　１２ｊ　Ｓｉｎｇｈ　Ａ，Ｆｏｒｂｅｓ　ＪＦ，Ｖｅｒｍｅｅｒ　ＰＪ，ｅｔ　ａ１．Ｍｏｄｅｌ—ｂａｓｅｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　值的要求，保障了设备的安全。　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｂｌｅｎｄｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］＿Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆＰｒｏｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ，２０００，１０（１）：４３—５８．　［３］陆婉珍，褚小立．原油的快速评价［Ｊ］．西南石油大学学报（自然科　学版），２０１２，３４（１）：１－５．　［４］任家军．高油价下原油资源及生产方案优化的探讨［Ｊ］．石油炼制　与化工，２００７（１）：５ｌ一５３．　收稿日期：２０１３—０３—２８　作者简介：周家庆，男，高级工程师，２００７年毕业于河北理工大学控　图５石脑油收率实际曲线　制理论与控制工程专业，现从事原油调合优化控制工作。