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    1 前言

    海南煉化于2006年6月建成投產，年設計原油加工能力為1000萬噸/年，年產汽油約400萬噸/年。

    隨著環保要求的提高，國家汽油產品標準越來越嚴格，汽油產品需要控制指標的越來越多（包括RON、MON、RVP、餾程、硫含量、烯烴含量、芳烴含量、苯含量、氧含量等），指標值更加苛刻，這些都使得汽油調合過程更為復雜和困難，也對調合方案的準確制定及調合過程提出了更高要求。

    為了能夠及時、高效地生產滿足市場需求的清潔汽油，中國石化海南煉油化工公司在建廠之初就啟動了汽油在線調合系統項目，項目內容包括近紅外在線分析儀投用及在線優化控制系統的實施等。汽油在線調合系統采用美國Honeywell軟件，近紅外在線分析儀采用美國Guided Wave產品。

    通過實施汽油在線調合系統項目，一方面可以減少質量過剩，降低生產成本，提高調合成功率和縮短調合周期；另一方面，可以對汽油產品進行改質升級，提高產品質量，滿足產品環保和出口要求。

    2汽油在線調合系統軟件介紹

    在本項目中，汽油在線調合系統選擇霍尼韋爾公司的商品化在線調合系統軟件包，主要包括調合優化控制（BPC）和調合比例控制（BRC）兩部分，是Honeywell油品調合和移動自動化解決方案中的一部分。下圖為Honeywell油品調合和移動自動化解決方案的結構示意圖。

               

                         圖2.1 Honeywell油品調合和移動自動化解決方案

    2.1調合優化控制（BPC）主要功能

    BPC為在線調合提供先進的質量控制和優化方案。通過與BRC之間的接口，將組份的比例控制和先進質量控制完全集成在一起。BPC提供兩種操作模式：瞬時質量控制（用于產品直接進入管道的調合），或儲罐質量控制（用于滿罐調合，考慮罐底油），在本項目中采用了儲罐質量控制模式。

    BPC是在線優化配方的非線性調合優化器，它根據產品質量指標、組份成本、組份的有效性和組份質量指標等數據來計算調合性質[3]。BPC可以在滿足質量指標要求的同時進行有效的調合優化，調和優化方案可按照如下控制目標的組合：
? 產品合格－質量過剩最小
? 產品合格－成本最低
? 產品合格－成本最低－質量過剩最小
? 產品合格－質量過剩最小－成本最低
? 產品合格－最接近初始配方

    BPC基于分析儀的反饋提供在線的、以模型為基礎的優化配方，它可以對罐底油、罐余不合格油進行調合和補償。BPC使用的非線性優化器每個控制周期運算一次，根據分析儀的反饋調整調合配方，每次優化后的配方自動下載到BRC，通過BRC控制現場設備，從而調整和控制各組份的比例。然后，BPC通過在線的模型校正來提高下一調合控制動作的準確性。
在調合過程中，如果調合結果不合格，BPC會給出一系列的提示信息幫助操作人員采取相應措施：BPC會提醒操作人員注意并指出哪一個或哪些產品的質量不合格；還會提示目前受到約束的組份，允許操作人員在權限范圍內調整組份的上下限以盡可能放寬約束，從而使產品質量合格；BPC還會推薦增加某種組份或添加劑（如有可能）以使產品質量合格。

    2.2調合比例控制（BRC）主要功能

    BRC通過管理調合從開始到結束的順序，控制在線調合過程，確保被調合的產品符合配方各項指標的要求。
    BRC調合的設定值來自BPC模塊或者手動輸入。一旦現場設備可以交付使用且配方獲得驗證，操作員可以啟動調合。組分和添加劑泵按照組態的順序啟動，流量控制器被打開，所有這些都在BRC控制之下。在調合的各階段，組分和添加劑的流量比值被嚴格控制，確保體積量的精確混合。分析儀和其它設備發生故障時的處理也由BRC完成。

    BRC具有三種調合模式：

    比例調合模式——實時監測組份流量與調合總管流量的比例，使得各組份瞬時流量的比例等于配方中的配比。
    體積校正模式——實時監測各組份體積對調合總體積的比值。體積校正的目的是在校正體積偏差的基礎上盡可能使調合體積與配方中的數據相吻合。流控器體積誤差的校正通過校正流控器的設定值自動實現。
    微調控制模式——實現成品油實測屬性值與質量控制目標的偏差最小化，近紅外在線分析儀為BRC提供屬性的測量值。微調控制可通過單組分微調或者一個微調組分加一個補償組分的二元校正來實現。
    BRC還提供在線切換調合批次功能。所謂在線切換調合批次是指在不停泵、不停調合頭的情況下切換調合批次，使得汽油調合系統可以連續運行，該功能主要用于有直調組份參與的情況。切換過程中，至少下述信息可以修改以適應下一批次調合：

? 調合的目標成品罐
? 調合的產品牌號
? 初始配方
? 產品質量設定
? 調合的目標流量和目標體積，等

    3 在線調合系統的硬件介紹

    3.1 近紅外在線分析儀

    傳統的產品質量測量方法無法對調合過程中正在調合的油品進行實時監測，根據油品調合軟件的要求，必須安裝在線分析儀。汽油在線調合系統使用近紅外在線分析儀作為產品質量的反饋，構成閉環的優化控制回路。

    本項目采用了Guided Wave近紅外在線分析儀，通過校正模型技術來校正現場樣品波動，無須樣品預處理系統，能夠滿足上層調合軟件實時監控、及時優化的要求；采用雙光束設計，增加了準確性、降低了維護量；其廠家庫模型中包含有完備的分析數據，油品組成的變化可由儀器的內部異物統計功能及時發現，保證分析的準確性；利用光路切換技術將光信號傳輸到直接安裝在工藝管線上的多個探頭上，利用近紅外光輻射從現場管線物料中獲取光譜數據，使用偏最小二乘法建立的分析模型，對這些光譜數據進行分析，從而得到物料的各參數數據。

    通過2年多的應用，Guided Wave的近紅外分析儀可以滿足海南煉化汽油在線調合的要求，總結其特點如下：
    1. 采用直插式探頭，無需樣品預處理系統，使用和維護比較方便
    2. 盡管測量精度不是很高，但其重復性好，通過補償，依然可以滿足汽油調合系統對組分性質的測量需求。

    3.2 調合執行系統的選擇

    在線調合系統的調合優化最終需要通過DCS系統完成，該DCS系統需完成如下功能：
    1. 集成近紅外分析儀，通過串口卡件把近紅外分析儀的分析數據讀入DCS系統，并提供給在線調合優化系統使用
    2. 提供在線調合系統與DCS系統之間的集成接口
    3. 嚴格執行調合系統的優化配方和調合任務
    4. 執行如BRC定義的順控等功能，如調合批次的平滑切換等。
    該DCS系統選擇霍尼韋爾公司的TPS系統，很好地完成了上述工作。整個在線調合系統的系統架構如下圖所示：

               

                              圖3.2 海南汽油在線調合系統整體架構

    4 海南煉化汽油調合方案

    海南煉化的汽油生產主要有四種組份油：催化汽油、重整汽油、MTBE和輕汽油。汽油產品主要生產93＃和97＃高清潔汽油。

    催化汽油為直調，直接從裝置調合進調合頭，不經過中間緩沖罐。當催化汽油過剩時，過剩部分進過剩罐，這大大增加了調合的難度。

    采用在線調合系統后的調合流程如下圖所示：

               

                               圖2.1 采用在線調合系統后的調合流程圖

    5 應用效果對比分析

    5.1 質量指標同時滿足要求，并減少質量過剩

    本項目主要在線調合93＃和97＃成品汽油，主要應用效果體現在組份油調合體積的精確控制和成品油的質量過剩最小等方面。

    下表是在線調合系統投用前后的調合效果數據對比：

               

    如上表所示，辛烷值、抗暴指數等向下卡邊，而烯烴含量則向上卡邊，達到了實施在線調合烯烴的初衷。
汽油在線優化調合系統投用后，成品汽油主要質量指標（研究法辛烷值、抗爆指數）的質量過剩有了明顯減少，實現了產品質量的卡邊控制。下表給出了93＃成品汽油在投用前和投用后研究法辛烷值和抗爆指數的數據對比。其中投用后數據來自2008年4月至11月期間的調合數據。

    表5-2 93＃成品汽油投用前與投用后的數據對比

               

    從上表可以看出，成品油的質量過剩有了明顯降低，而且抗爆指數控制在0.3范圍內。
下圖給出了抗爆指數質量過剩的變化趨勢。從圖中可以看出，在系統剛投用時抗爆指數質量過剩的變化幅度比較大，隨著應用的熟練及維護力量的加強，變化幅度逐漸降低，質量過剩也從而逐漸減小。

    圖5.3 抗爆指數質量過剩變化趨勢圖

                

    5.2 質量指標控制平穩

調合頭調合性質辛烷值的控制非常平穩，如下圖所示：

                

                                      圖5.1 辛烷值控制曲線

               

                                  圖5.2 調合系統友好的操作見面

    5.3 實現組份油調合體積的精確控制

    在比例控制階段，BRC能夠通過流控器精確控制各組份的體積流量，忠實地按照給定的配方進行調合；而且能夠對調合過程中出現的異常情況做出及時響應：根據組態，當出現異常情況時，或者由BRC自動采取對應動作，或者提供報警、提示信息，由操作工根據現場情況采取相應措施。

    由于催化汽油直接從裝置進入調合頭，不設中間罐，因而汽油在線調合系統能夠實時根據催化汽油的流量來調整其它組份油的流量，保證各組份的調合比例不變。當催化汽油的流量過大、某種組份油流量不能滿足需求時，則過剩部分的催化汽油流入過剩罐，保證調合比例不變，并實現產品質量的優化目標。這大大提高了汽油生產的靈活性和精確性，降低了催化汽油流量波動對調合的影響，同時也大大降低了操作人員的勞動強度。

    5.4 提高了效益

    此處建議增加效益分析，以不同牌號的效益變化進行效益分析。

    6 結束語

    汽油在線優化評價系統投用后，提高了質量控制水平，既保證了產品質量合格，又減少了質量過剩，在滿足產品質量要求的同時，提高了企業的經濟效益。