炼油工业过程的控制和研究

＊邢 勐

（中国石油化工股份有限公司炼油事业部 北京 100728）

引言

从一定程度上来说，炼油工业为人们的生产生活提供了许多的便利，并且它也能够为相应的产业提供原材料，炼油工业是我国最重要的支柱产业之一，它与我国的国际民生与国家的发展有着非常重要的联系。在世界五百强的前十名当中，炼油企业所处的地位不可撼动。炼油工业属于一种连续过程工业，这种工业对于自动控制方面的要求是比较高的，炼油工业在很早之前就已经开始应用过程控制技术，随着时代的发展和进步，越来越多的大规模连续过程工业出现在人们面前，在这样的背景下，过程控制已经成为了其必要的一部分，它能够有效地保证炼油的高品质和高产量，并且还能够从一定程度上降低工业生产的成本。

1.炼油工业过程先进控制的研究现状

对于炼油工业生产过程的控制来说，它需要符合实际流程工业发展的需求，并且炼油工业生产过程的控制和相关的控制理论，涉及到的控制工具和一些相关的学科的发展之间都有着不可分割的联系。从20世纪40年代经典控制论的形成以来，PID控制被应用到了相关的流程工业生产过程当中，推动了流程工业的进步和发展；之后的50年代便繁衍出了工程控制论，工程控制论的出现，有效地推动了PID技术有关的一些控制技术的发展。直到今天，这些控制技术仍然被广泛地应用在我国的相关工业生产过程当中。

在1992年，国外的一些新型的、先进的控制软件被初次应用到了我国的炼油行业领域当中，主要应用在催化裂化装置当中，但是并没有取得很大的突破，只是单单将一般的PID控制方案转化为了多变量控制，此种用模型预测控制的多变量控制的主要目的就是为了能够利用稳定性较高的卡边优化控制来达到提高经济效益的目的，争取将经济效益以最大程度被提高，但是当时的情况是普遍装置产能过剩，在这样的背景下，并不能够把先进控制的作用以最大程度地发挥出来。

国外相关的公司有着一些比较先进的控制软件，再加上其公司有着很强的研发能力以及一些在国外的相关成功应用案例，和我国的相关企业互相合作，便在很短的时间内就将我国的石化行业垄断，在这样的背景下，我国的高校在国家和相关行业的支持下，加大力度开展模型预测控制应用技术以及工程化软件的研究，研发出了与国外相关先进软件水平同等的工程化先进控制软件，被广泛地应用到相关的行业领域当中，并取得了优异的成绩。但是当时因为一些因素的限制，比如国内研发的支持力度不够，这种软件在一些方面与国外的先进控制软件相比较还是有些落后，并且当时相关的绝大多数企业对国外的软件更加信任一些，导致我国的先进软件的发展受到一定的限制。但是国内先进控制软件产品的发展在降低国外控制软件的垄断价格上起到了至关重要的作用，并且在这样的背景下还培养了一批相应的人才，同时也得到了相关的技术储备。

在最近这些年来，我国清华大学相关的研究团队对于先进控制软件的推广与应用当中存在的问题和困难开始进一步深入地研究与探讨，在先进控制软件不能够很好地满足我国发展现状上做出了相应的改善，有效地减少了非线性、事变特性以及负荷变化等因素。对先进控制软件作用的限制，从而研发出了更加能够彰显我国特色的先进控制技术软件，同时所研发出的先进控制软件也拥有着自己的知识产权，被成功地应用到相关工业的生产过程当中，从很大程度上解决了我国先进控制技术的应用困难以及效益久久发挥不出来的问题，得到了社会的广泛认可。

2.炼油工业过程先进控制存在的问题和解决思路

从20世纪中期一直到现在，这一整个时间段当中，有很多的崭新的、先进的控制方法被研究出来，并且在炼油工业生产过程当中被应用，如今可以说成是大型生产装置当中的一部分。充分彰显出了我国现代化的水平，并且其它相关的一些过程工业也开始逐渐地应用起来。

因为在炼油工业开展的过程当中，原油的成分具有一定的多变性，这对先进控制技术作用的发挥会造成一定的限制，因为先进控制技术而所获得的油品质量控制的主要依靠就是软测量，但是就我国当前的情况来看，绝大多数炼油行业所获得的加工原油渠道不明，并且原油品质的高低不同，有较多的劣质原油，这就无法有效地控制原油的性质，从而对软测量模型的进度会造成一定程度的影响，这样情况的出现就使得油品质量的控制不能够得到充分的保障，所以提高经济效益更是空谈，导致先进控制技术的作用不能够得到有效地发挥。就当前的情况来看，很大一部分的应用先进控制的场合主要应用的是宽度较大的质量指标约束区域或者是应用较低的加权系数，这样做的目的主要在于解决油品质量闭环控制方面的难题，但是这样做有一个弊端就是导致先进控制的价值和意义被抹掉了。因此，在实际的生产当中，原油成分性质不断变化的背景下，怎样将先进控制的作用充分地发挥出来是当下值得探讨的问题。

这个问题的主要切入点可以是研究出怎样减少原油成分和性质的变化对软测量模型精度所造成的影响，也可以说是怎样能够有效地控制原油性质和成分变化的频率。而调度优化能够在迎合市场实际需求的基础上，以最大程度减少对原料成分的改变，进而能够有效地保证生产过程当中的稳定性，调度优化能够为正常的生产运行提供充分的保障，并且能够对炼油生产从整体上进行优化。因为在开展炼油生产过程当中所应用的原料的组成十分复杂，并且这些复杂的混合物能够被有效地利用起来，所以将原料的调度优化进行利用是可行的，但是其中也存在着一定的复杂性，并且，模型的准确描述对调度优化也会造成一定的限制。

在炼油开展的过程当中的复杂程度与建立调度模型的难易程度是成正比的：

（1）不同原料进料的各方面也不一样，具体表现在其生产出油成品的收率以及其各种成分的含量，并且其加工过程中所需投入的成本也不同，对其的消耗也不同，所以说只应用一个单一模型对炼油生产的整个过程进行调度优化是比较片面的。

（2）就算在进料原油相同的基础上，因为相关的生产方案之间有些出入，油品所采用的加工方式和手段都不同，会使得油品成品的收率以及存在各种元素的含量也不同；如果油品生产的过程当中由于装置操作不当或者是出现了违和原本调度方案当中的相关操作要求，会使得所建立出的调度优化模型缺乏一定的适应性。

（3）因为炼油的生产过程是比较漫长的，调动方案的不同，在对其进行操作和所要付出的代价之间会存在着一定的差异，举例来说，对上游装置进行调整的调度方案要比下游装置进行调整的调度方案的操作过程所要耗费的时间要更多一些，而且会对其它的一些生产装置造成一定的影响。对于传统的调度建模方法来说，其缺乏对当前这种状况的适应性，并且也没有能够对其实施有效解决的方法。

这些情况的出现，使得本有的调度模型并不能够充分满足实际当中的调度需求，导致现有的调度方法的效果不能够很好地发挥出来。当前应用模型的单一性不能够将相关的进料原油以及相关装置的优化方法的实际情况很好地反应出来，在一些资料当中虽然有提到相关的模型方案，但是单单依靠调度领域本身以及传统的建模途径同样不能很好地实现。炼油生产过程当中存在的一些调度优化的相关问题，虽然被许多的学术界所报道，但是实际上却极度缺少成功的应用案例，对于这些问题的探讨更多的是计划优化。在工业界当中，应用比较多的是一个相关的调度排产作业的验证平台，但是它对过程模型描述和全厂调度优化大规模优化求解问题并没有进行相应的解决。就当前的情况来看，调度主要依靠的是相关调度人员的实践经验，以此来维持生产的安全稳定运行，在产品与原料的市场供应以及需求方面的变化也都是需要相关的调度人员来处理，由于一些因素的影响而导致出现了限产或者是停产的情况亦是如此。如果在实际的生产过程当中，出现了过滤过程时间长或者是产品的需求变化过快的情况，相关的调度人员一般都是应用过调的手段，这样做便会使得生产过程当中运行方案的切换频率更高，便更进一步导致原油生产原料以及相关设备上的更换更加频繁，这样情况的出现，会导致油品生产的过程波动幅度过大，不能够得到稳定的运行，在这样的情况下，先进控制的作用也不能够很好地发挥出来，所以，优化调度的有效执行能够很大程度上解决先进控制过程当中存在的问题。

当前我国的相关智能炼油场的示范企业主要应用的是对线性模型的计划改善之后的结果，利于流程模型来做好相关的调整工作，这样便能够从一定程度上加大计划优化成功的概率，进而有效地减轻调度优化的难度，使计划优化和调度优化同步，但是还是有一个关键性的问题没有得到有效地解决，那就是适应不同原油以及不同操作模式的模型描述问题，不能够很好地满足调度优化与快速调度的需求。对于炼油工业过程的控制来说，当前还是有原油性质变化频繁而影响软测量模型精确程度的、调度模型的描述在不同原油与不同的操作手段下的问题仍然有一大部分优化问题没有得到解决等，这些问题对于先进控制的应用以及先进控制作用的发挥都有着非常重要的影响。

3.结束语

总的来说，在时代的发展下，过程控制被赋予新的意义，在炼油工业工程的控制当中，理论和技术的同步发展为其过程的控制提供了更先进和更实用的手段，过程控制的前景是非常广阔的，还需要相关的专业人员进行更深入的探索和研究。