炼油化工先进控制技术应用研究

张照勇

（大庆石化公司设备检维修中心炼油区仪表车间，黑龙江 大庆 163711）

在炼油化工行业生产过程中配合使用先进的计算机及自动管控技术，能够及时发现存在于生产设备运行期间的故障问题，对生产流程进行进一步完善及优化，对保障炼油化工企业综合竞争水平，实现炼油化工企业综合效益最大化，目标意义重大。就目前来看，应用在炼油化工生产期间的先进控制技术种类不同，实际应用功能存在较大差异，需要结合炼油化工行业具体生产特征及生产要求，制定出更为专项可行的先进控制系统设计方案。

1 不同先进控制技术在炼油化工行业中的具体应用

先进控制技术旨在解决石油化工生产期间常规控制方法效果不佳，生产质量及效率无法得到根本上保障等问题。现阶段先进控制技术的研发方向为控制策略优化、数据采集及处理、人工智能技术、动态过程模型，辨识技术等。在先进控制技术应用过程中，需要以强大的计算能力为支撑。配合使用DCS方式以及过程控制语言编写控制程序，使炼油化工各生产设备运行技术参数均能够得到全面把控，

1.1 数据采集处理及软测量

在炼油化工生产期间使用先进控制技术，需要依赖大量的实时数据。生产现场中的测量仪表会受环境因素影响而出现运行故障、监测结果偏差、噪声波动等情况，因此需要针对此些信号进行识别处理。做好测量值量程检查、变化幅度值检查、变化率，查工作。软测量技术就是借助热量平衡、压力平衡、反应机理等原理，配合使用人工智能方式建立起炼油化工设备软测量模型，使炼油化工生产过程中的不可测量变量能够得到实时精准计算。现有炼油化工行业中的软测量技术主要包括热焓值计算、炉热效率计算、汽油饱和蒸汽压力计算等。以催化装置为例，在将软测量技术应用在催化装置的控制过程中，需要重点测量催化剂循环量、反应热量值、催化剂的烧灼情况；在聚丙烯装置内使用软测量技术，应当依据熔体流动指数，检测聚丙烯装置运行期间的聚合物产量、反应器传热系数以及催化剂的活性。

1.2 人工智能技术

当前人工智能技术在炼油化工行业控制工作中的应用范围逐步扩大。在炼油化工生产过程控制过程中，通过使用人工智能技术中的专家系统、神经元系统、模糊系统，实现生产全过程管控目标。

其中，专家系统主要用于检测炼油化工电气仪表及控制回路，对设备实际运行期间的故障问题进行全面检测与诊断。如对大型机组设备进行故障诊断、催化反应装置运行故障预警及诊断等、神经元网络控制技术主要就是针对炼油化工生产期间的复杂线性生产环节开展全面监管，并构建起非线性模型。现阶段神经元控制工作由前向网络控制及反向传播算法两方面组成、是一种多映射网络体系。神经元网络中还包括两个隐含层、输出层及输入层，隐含层中可依照任意精度接近任意连续函数，可更为高效的应用在炼油化工生产期间的数据处理及建模工作中。模糊控制技术就是借助模糊控制理论，针对生产要求表达确定性经验，改善相应控制流程，切实优化炼油化工生产环节。

1.3 预测控制技术

（1）预测模型。预测控制技术被最早应用在工业生产控制过程中，通过在原脉冲响应模型上增加预测启发控制系统或者使用模型算法控制手段，建立起动态矩阵控制系统。相较于其他控制手段而言，预测控制技术的特征更为显著。

在建立预测控制模型时，应当以对象脉冲响应或阶跃响应为预测模型，模型结构简单、算法便捷[3]；预测控制技术吸收了现代控制理论，借助在线有线优化与滚动优化方式，进一步扩大了实际控制范围。预测控制技术可以利用实测值，对预测值进行反馈与校正处理，确保存在于实际生产期间的不确定因素能够得到及时发现与解决，从根本上提升了控制系统整体鲁棒性。现阶段预测控制软件数量增多，在炼油化工行业中也大规模使用到了单变量动态矩阵控制手段，使控制效果得到了根本上提升。在单变量动态矩阵控制工作开展期间，需要首先构建及预测模型。选择适宜的测定对象阶跃响应的采样值以及采样周期，并对对象动态信息的有限集合值进行描述。

其次，做好滚动优化工作。借助DMC算法，确定实际控制策略。明确控制增量以及被控对象多个时刻的预测值，设置控制时域与优化时域。在控制工作开展时，应避免增量值出现较大变化，因此还需要在可优化性能指标基础上增加软约束力，获得更为精准的控制标准。

最后，对控制过程进行反馈与校正。通过分析在预先控制工作中可能出现的模型配置不合理、环境干扰等因素，基于DMC算法确定下一采样时刻的检验对象实际值，计算出预测误差。

（2）多变量预测控制。多变量预测控制工作主要就是针对被控对象，设置适宜的控制输入及输出值。在多变量预控技术应用过程中，不仅需要对不同时刻的控制作用进行叠加，还需要着重关注控制量的叠加工作。分析可能存在于炼油化工生产期间的各类不利影响因素，并对此些变量值进行叠加，确保控制系统对象输出数值能够控制到任意期望值。多变量控制算法还需使用整体优化概念，分析炼油化工生产环节输入及输出工作的相互影响，确保控制输入及输出量能够在实际控制工作中保持同等地位。

（3）其他预测控制技术。现阶段炼油化工预测控制工作也诞生出了其他种类的预测控制技术，如以非参数模型为基础的预测控制算法、离散参数模型预测控制算法、扩展时域预测制适应控制法等。

1.4 PID参数自动整定

PID参数制动整定技术主要包括输入及输出数据自整定、瞬态响应自整定两种方式。输入输出数据自整定就是根据被控对象输入及输出数据的序列建立模型，配合使用相关系数变时、最小二乘积计算手段，确定模型中某种二次型准则函数，灵活控制最小控制器运行参数。利用瞬态响应自整定方式开展炼油化工生产控制工作，需要相关技术人员首先观察瞬态响应曲线变化，结合工作经验整定控制装置参数。断开生产设备中的反馈控制回路，确保控制系统处于开环状态，对控制系统的输入基准信号进行检测，明确瞬态响应特征，如对象静态增益、等效时间常数、等效纯滞后时间常数等。将PID控制装置由已知的非线性环节替换，调整非线性环节技术参数，确保闭环系统的输出值为等幅振荡。测量等幅振荡的幅值与周期，并针对测量结果设置临界震荡频率值与幅值，最后根据经验公式获得更为精准的PID控制器运行参数。

1.5 PLC控制技术

现阶段PLC控制技术也被广泛应用在炼油化工行业控制工作中，可高效完成炼油化工设备顺序控制、闭环控制、开关量控制目标。顺序控制是炼油化工生产控制工作的重要内容，需要借助PLC技术实现炼油化工生产流程控制目标，切实保障炼油化工生产设备运行质量与效率。具体而言，将PLC技术取代传统炼油化工生产控制流程内的控制辅助装置，可以使生产设备运行及工艺流程能够得到精准控制，借助信息模块、通讯总线协调应用等方式，切实提升PLC控制系统运行效果。在PLC技术日渐完善的当前背景下，PLC控制系统取代了炼油化工控制工作中的人工控制方式，实现了全面控制目标，切实提升了炼油化工系统自动化发展水平。在炼油化工生产控制流程内配合使用PLC技术，借助远程控制站、传感器等可全面采集控制现场数据信息。相关操作人员借助终端显示屏接口了解能够直接掌握炼油化工生产设备运行状态，并对设备运行参数进行远程调整。

由于PLC技术控制工作具有一定的安全性、灵活性与稳定性，能够基于炼油化工生产设备使用者事先预定的程序实施不同控制工作，避免传统控制环节出现设备运转效率低、能源浪费严重等问题。生产设备自动化闭环控制系统可进一步扩大实际控制范围，对控制模块功能进行进一步补充与优化。闭环控制系统主要采用自动控制、现场控制箱手动控制、机旁手动启动功能。使用PLC制动启动系统，可在启动炼油化工生产设备过程中，依照设备使用时间选择合理的启动方式。在原炼油化工生产控制系统中，内部主要包括电磁性继电气，在实际运行期间极易出现触点故障问题，严重影响到系统整体运行效果，导致系统整体运行可靠性下降。而通过将 PLC技术应用在炼油化工生产设备运行控制过程中，可以有效控制继电气实物元件，切实提升系统运行期间的各项功能，使炼油化工断路器能够实现集中控制，增强了实际运行期间的可控性。不仅如此，以PLC技术为主的控制系统还具有数据处理与逻辑推断功能，在切实提高系统运行期间抗干扰能力的同时，也能够扩大系统实际应用范围，确保该系统能够在保障电气设备正常运行中发挥出重要作用。

2 先进控制技术在炼油化工行业中的应用方向

当前我国炼油化工行业正处于快速发展阶段，通过在投资前期与国内外知名公司及大学进行合作，开发出了更多先控制技术，使炼油化工各生产流程均得到了全面管控。

2.1 在加热炉控制中的应用

在炼油化工行业中，加热炉运行水平可直接影响到实际生产水平，需要在加热炉管控中配合使用先进控制手段。如对加热炉植入平衡进行现代化管控。确保加热炉的热效应及基础原料不变，对加热炉管道流量进行灵活调控，使加热炉支路温度数值处于合理状态下。在温度控制过程中，还应当有效规避管道温度升温情况，最大限度延长加热炉运行寿命。对加热炉的炉口温度进行前馈控制，避免加热炉在运行时被各类因素干扰。对加热炉的提降量进行控制，在炉内流量数据出现变化的情况下，应当配合使用先进控制技术手段，使加热炉的流量只处于恒定状态，确保加热炉始终处于最佳温度。

2.2 在分馏塔控制中的应用

分流塔回流取热环节使用先进控制技术，能够更好实现分流塔取热目标。借助预测控制手段，对协调层设计方案进行切实优化。掌握分馏塔各运行时间段的最热化及最高取热数值。在最高数值保持恒定的同时，使取热必维持在标准区域内，对回流取热进行全程管控，从根本上提升炼油化工产品生产水平。

2.3 在粗汽油干点与轻柴油倾点质量卡边控制中的应用

在炼油化工生产期间，粗汽油干点与轻汽油倾点卡边质量控制工作主要采用神经元网络控制技术。由于粗汽油干点与轻柴油倾点之间存在非线性关系，在二者对应温度较高的情况下，质量点的具体数值也会较高。在对应油气压较高时，质量点的数值会相对下降。利用神经元网络控制技术的权重分配手段，可以给予以获得的经验化数值及具体参数实现全程管控目标。借助样本学习法，对数据进行计算及调整，获得确定软测量值。

2.4 在原蒸馏塔优化及建模中的应用

原炼油化工蒸馏塔模型采用平衡级模型构建手段，此种建模方式存在一定的特殊性，缺乏两项物流支持。为从根本上保障原蒸馏塔优化及建模技术手段，还需要配合使用先进控制方式，对平衡级模型进行规范化处理。灵活使用不同方程组求解手段，控制不同求解方式的偏差情况。

3 结语

总而言之，通过将先进控制技术应用在炼油化工生产环节，能够有效控制炼油化工生产期间的技术参数，最大限度消除生产设备运行期间的故障隐患问题。相较于发达国家而言，我国炼油化工行业先进控制技术的应用尚且处于起步阶段，部分线性控制技术依然需要依靠国外经验及设备支持。因此为进一步增强炼油化工行业生产综合效益，还需要在先进控制技术的研发过程中投入充足支撑力，结合现有炼油化工发展趋势，设计出功能完善的先进控制技术体系。