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    1 前言

    海南煉化于2006年6月建成投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)原油加工能力為1000萬噸/年，年產(chǎn)汽油約400萬噸/年。

    隨著環(huán)保要求的提高，國家汽油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，汽油產(chǎn)品需要控制指標(biāo)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(biāo)值更加苛刻，這些都使得汽油調(diào)合過程更為復(fù)雜和困難，也對(duì)調(diào)合方案的準(zhǔn)確制定及調(diào)合過程提出了更高要求。

    為了能夠及時(shí)、高效地生產(chǎn)滿足市場(chǎng)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(dòng)了汽油在線調(diào)合系統(tǒng)項(xiàng)目，項(xiàng)目?jī)?nèi)容包括近紅外在線分析儀投用及在線優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)施等。汽油在線調(diào)合系統(tǒng)采用美國Honeywell軟件，近紅外在線分析儀采用美國Guided Wave產(chǎn)品。

    通過實(shí)施汽油在線調(diào)合系統(tǒng)項(xiàng)目，一方面可以減少質(zhì)量過剩，降低生產(chǎn)成本，提高調(diào)合成功率和縮短調(diào)合周期；另一方面，可以對(duì)汽油產(chǎn)品進(jìn)行改質(zhì)升級(jí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足產(chǎn)品環(huán)保和出口要求。

    2汽油在線調(diào)合系統(tǒng)軟件介紹

    在本項(xiàng)目中，汽油在線調(diào)合系統(tǒng)選擇霍尼韋爾公司的商品化在線調(diào)合系統(tǒng)軟件包，主要包括調(diào)合優(yōu)化控制（BPC）和調(diào)合比例控制（BRC）兩部分，是Honeywell油品調(diào)合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案中的一部分。下圖為Honeywell油品調(diào)合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

               

                         圖2.1 Honeywell油品調(diào)合和移動(dòng)自動(dòng)化解決方案

    2.1調(diào)合優(yōu)化控制（BPC）主要功能

    BPC為在線調(diào)合提供先進(jìn)的質(zhì)量控制和優(yōu)化方案。通過與BRC之間的接口，將組份的比例控制和先進(jìn)質(zhì)量控制完全集成在一起。BPC提供兩種操作模式：瞬時(shí)質(zhì)量控制（用于產(chǎn)品直接進(jìn)入管道的調(diào)合），或儲(chǔ)罐質(zhì)量控制（用于滿罐調(diào)合，考慮罐底油），在本項(xiàng)目中采用了儲(chǔ)罐質(zhì)量控制模式。

    BPC是在線優(yōu)化配方的非線性調(diào)合優(yōu)化器，它根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、組份成本、組份的有效性和組份質(zhì)量指標(biāo)等數(shù)據(jù)來計(jì)算調(diào)合性質(zhì)[3]。BPC可以在滿足質(zhì)量指標(biāo)要求的同時(shí)進(jìn)行有效的調(diào)合優(yōu)化，調(diào)和優(yōu)化方案可按照如下控制目標(biāo)的組合：
? 產(chǎn)品合格－質(zhì)量過剩最小
? 產(chǎn)品合格－成本最低
? 產(chǎn)品合格－成本最低－質(zhì)量過剩最小
? 產(chǎn)品合格－質(zhì)量過剩最小－成本最低
? 產(chǎn)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(chǔ)的優(yōu)化配方，它可以對(duì)罐底油、罐余不合格油進(jìn)行調(diào)合和補(bǔ)償。BPC使用的非線性優(yōu)化器每個(gè)控制周期運(yùn)算一次，根據(jù)分析儀的反饋調(diào)整調(diào)合配方，每次優(yōu)化后的配方自動(dòng)下載到BRC，通過BRC控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而調(diào)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(diào)合控制動(dòng)作的準(zhǔn)確性。
在調(diào)合過程中，如果調(diào)合結(jié)果不合格，BPC會(huì)給出一系列的提示信息幫助操作人員采取相應(yīng)措施：BPC會(huì)提醒操作人員注意并指出哪一個(gè)或哪些產(chǎn)品的質(zhì)量不合格；還會(huì)提示目前受到約束的組份，允許操作人員在權(quán)限范圍內(nèi)調(diào)整組份的上下限以盡可能放寬約束，從而使產(chǎn)品質(zhì)量合格；BPC還會(huì)推薦增加某種組份或添加劑（如有可能）以使產(chǎn)品質(zhì)量合格。

    2.2調(diào)合比例控制（BRC）主要功能

    BRC通過管理調(diào)合從開始到結(jié)束的順序，控制在線調(diào)合過程，確保被調(diào)合的產(chǎn)品符合配方各項(xiàng)指標(biāo)的要求。
    BRC調(diào)合的設(shè)定值來自BPC模塊或者手動(dòng)輸入。一旦現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以交付使用且配方獲得驗(yàn)證，操作員可以啟動(dòng)調(diào)合。組分和添加劑泵按照組態(tài)的順序啟動(dòng)，流量控制器被打開，所有這些都在BRC控制之下。在調(diào)合的各階段，組分和添加劑的流量比值被嚴(yán)格控制，確保體積量的精確混合。分析儀和其它設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的處理也由BRC完成。

    BRC具有三種調(diào)合模式：

    比例調(diào)合模式——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組份流量與調(diào)合總管流量的比例，使得各組份瞬時(shí)流量的比例等于配方中的配比。
    體積校正模式——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各組份體積對(duì)調(diào)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(chǔ)上盡可能使調(diào)合體積與配方中的數(shù)據(jù)相吻合。流控器體積誤差的校正通過校正流控器的設(shè)定值自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
    微調(diào)控制模式——實(shí)現(xiàn)成品油實(shí)測(cè)屬性值與質(zhì)量控制目標(biāo)的偏差最小化，近紅外在線分析儀為BRC提供屬性的測(cè)量值。微調(diào)控制可通過單組分微調(diào)或者一個(gè)微調(diào)組分加一個(gè)補(bǔ)償組分的二元校正來實(shí)現(xiàn)。
    BRC還提供在線切換調(diào)合批次功能。所謂在線切換調(diào)合批次是指在不停泵、不停調(diào)合頭的情況下切換調(diào)合批次，使得汽油調(diào)合系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行，該功能主要用于有直調(diào)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(yīng)下一批次調(diào)合：

? 調(diào)合的目標(biāo)成品罐
? 調(diào)合的產(chǎn)品牌號(hào)
? 初始配方
? 產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)定
? 調(diào)合的目標(biāo)流量和目標(biāo)體積，等

    3 在線調(diào)合系統(tǒng)的硬件介紹

    3.1 近紅外在線分析儀

    傳統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量方法無法對(duì)調(diào)合過程中正在調(diào)合的油品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)油品調(diào)合軟件的要求，必須安裝在線分析儀。汽油在線調(diào)合系統(tǒng)使用近紅外在線分析儀作為產(chǎn)品質(zhì)量的反饋，構(gòu)成閉環(huán)的優(yōu)化控制回路。

    本項(xiàng)目采用了Guided Wave近紅外在線分析儀，通過校正模型技術(shù)來校正現(xiàn)場(chǎng)樣品波動(dòng)，無須樣品預(yù)處理系統(tǒng)，能夠滿足上層調(diào)合軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)優(yōu)化的要求；采用雙光束設(shè)計(jì)，增加了準(zhǔn)確性、降低了維護(hù)量；其廠家?guī)炷Ｐ椭邪型陚涞姆治鰯?shù)據(jù)，油品組成的變化可由儀器的內(nèi)部異物統(tǒng)計(jì)功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，保證分析的準(zhǔn)確性；利用光路切換技術(shù)將光信號(hào)傳輸?shù)街苯影惭b在工藝管線上的多個(gè)探頭上，利用近紅外光輻射從現(xiàn)場(chǎng)管線物料中獲取光譜數(shù)據(jù)，使用偏最小二乘法建立的分析模型，對(duì)這些光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到物料的各參數(shù)數(shù)據(jù)。

    通過2年多的應(yīng)用，Guided Wave的近紅外分析儀可以滿足海南煉化汽油在線調(diào)合的要求，總結(jié)其特點(diǎn)如下：
    1. 采用直插式探頭，無需樣品預(yù)處理系統(tǒng)，使用和維護(hù)比較方便
    2. 盡管測(cè)量精度不是很高，但其重復(fù)性好，通過補(bǔ)償，依然可以滿足汽油調(diào)合系統(tǒng)對(duì)組分性質(zhì)的測(cè)量需求。

    3.2 調(diào)合執(zhí)行系統(tǒng)的選擇

    在線調(diào)合系統(tǒng)的調(diào)合優(yōu)化最終需要通過DCS系統(tǒng)完成，該DCS系統(tǒng)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(shù)據(jù)讀入DCS系統(tǒng)，并提供給在線調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)使用
    2. 提供在線調(diào)合系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的集成接口
    3. 嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)合系統(tǒng)的優(yōu)化配方和調(diào)合任務(wù)
    4. 執(zhí)行如BRC定義的順控等功能，如調(diào)合批次的平滑切換等。
    該DCS系統(tǒng)選擇霍尼韋爾公司的TPS系統(tǒng)，很好地完成了上述工作。整個(gè)在線調(diào)合系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

               

                              圖3.2 海南汽油在線調(diào)合系統(tǒng)整體架構(gòu)

    4 海南煉化汽油調(diào)合方案

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

    催化汽油為直調(diào)，直接從裝置調(diào)合進(jìn)調(diào)合頭，不經(jīng)過中間緩沖罐。當(dāng)催化汽油過剩時(shí)，過剩部分進(jìn)過剩罐，這大大增加了調(diào)合的難度。

    采用在線調(diào)合系統(tǒng)后的調(diào)合流程如下圖所示：

               

                               圖2.1 采用在線調(diào)合系統(tǒng)后的調(diào)合流程圖

    5 應(yīng)用效果對(duì)比分析

    5.1 質(zhì)量指標(biāo)同時(shí)滿足要求，并減少質(zhì)量過剩

    本項(xiàng)目主要在線調(diào)合93＃和97＃成品汽油，主要應(yīng)用效果體現(xiàn)在組份油調(diào)合體積的精確控制和成品油的質(zhì)量過剩最小等方面。

    下表是在線調(diào)合系統(tǒng)投用前后的調(diào)合效果數(shù)據(jù)對(duì)比：

               

    如上表所示，辛烷值、抗暴指數(shù)等向下卡邊，而烯烴含量則向上卡邊，達(dá)到了實(shí)施在線調(diào)合烯烴的初衷。
汽油在線優(yōu)化調(diào)合系統(tǒng)投用后，成品汽油主要質(zhì)量指標(biāo)（研究法辛烷值、抗爆指數(shù)）的質(zhì)量過剩有了明顯減少，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)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(shù)的數(shù)據(jù)對(duì)比。其中投用后數(shù)據(jù)來自2008年4月至11月期間的調(diào)合數(shù)據(jù)。

    表5-2 93＃成品汽油投用前與投用后的數(shù)據(jù)對(duì)比

               

    從上表可以看出，成品油的質(zhì)量過剩有了明顯降低，而且抗爆指數(shù)控制在0.3范圍內(nèi)。
下圖給出了抗爆指數(shù)質(zhì)量過剩的變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，在系統(tǒng)剛投用時(shí)抗爆指數(shù)質(zhì)量過剩的變化幅度比較大，隨著應(yīng)用的熟練及維護(hù)力量的加強(qiáng)，變化幅度逐漸降低，質(zhì)量過剩也從而逐漸減小。

    圖5.3 抗爆指數(shù)質(zhì)量過剩變化趨勢(shì)圖

                

    5.2 質(zhì)量指標(biāo)控制平穩(wěn)

調(diào)合頭調(diào)合性質(zhì)辛烷值的控制非常平穩(wěn)，如下圖所示：

                

                                      圖5.1 辛烷值控制曲線

               

                                  圖5.2 調(diào)合系統(tǒng)友好的操作見面

    5.3 實(shí)現(xiàn)組份油調(diào)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(shí)地按照給定的配方進(jìn)行調(diào)合；而且能夠?qū)φ{(diào)合過程中出現(xiàn)的異常情況做出及時(shí)響應(yīng)：根據(jù)組態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，或者由BRC自動(dòng)采取對(duì)應(yīng)動(dòng)作，或者提供報(bào)警、提示信息，由操作工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取相應(yīng)措施。

    由于催化汽油直接從裝置進(jìn)入調(diào)合頭，不設(shè)中間罐，因而汽油在線調(diào)合系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)催化汽油的流量來調(diào)整其它組份油的流量，保證各組份的調(diào)合比例不變。當(dāng)催化汽油的流量過大、某種組份油流量不能滿足需求時(shí)，則過剩部分的催化汽油流入過剩罐，保證調(diào)合比例不變，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化目標(biāo)。這大大提高了汽油生產(chǎn)的靈活性和精確性，降低了催化汽油流量波動(dòng)對(duì)調(diào)合的影響，同時(shí)也大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

    5.4 提高了效益

    此處建議增加效益分析，以不同牌號(hào)的效益變化進(jìn)行效益分析。

    6 結(jié)束語

    汽油在線優(yōu)化評(píng)價(jià)系統(tǒng)投用后，提高了質(zhì)量控制水平，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量合格，又減少了質(zhì)量過剩，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的同時(shí)，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。