CPM技術在常減壓裝置DCS控制優化的應用

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CPM技術在常減壓裝置DCS控制優化的應用典型的煉化廠一般有超過2000個PID控制迴路。通過人工手段實現日常的監控、評估和優化既不實際，也無法滿足系統化和精細化的管理的要求。通過CPM技術實現對基礎PID控制層面的監控和優化來提高裝置的自控率和控制平穩率可以帶來可觀的直接經濟效益。本文章闡述了CPM技術在湛江石化常減壓裝置的應用，使裝置的自控率平穩在94%以上，塔頂油中C3和C4以上組分含量降低13.1%，塔底油中小於350℃餾分含量降低4.94%，裝置輕油收率提高0.15%，裝置液化氣的收率提高0.033%，年直接經濟效益368萬元。

關鍵詞：常減壓裝置；PID控制優化； CPM技術；經濟效益

目錄

案例背景介紹

1 前言

東興石化Ⅱ套常減壓裝置是以原油為原料通過蒸餾將原油分割成液化氣、石腦油、柴油及常壓渣油。裝置於2005年建成並投產，工藝部分包括電脫鹽系統、常壓系統、減壓系統、輕烴系統、精製輔助系統等五個部分， 設計加工能力為 500萬噸/年。常壓塔設有三個側線汽提塔，並採用了常頂循環和兩個中段循環的設計。設計加工油種為利比亞原油和尼日利亞原油混合油，實際加工油種則根據集團公司油品調配頻繁調整。

整套常減壓裝置共有170個PID控制迴路。儘管PID控制器調節參數在開車調試期間根據工藝設計、設備參數以及經驗進行過整定，但由於該裝置的主體單元設備屬於利舊設備，在長期的運行中，由於生產工況、原油來源的不斷調整、執行器和被控對象的動態特性由於磨損、內漏、主要設備阻尼增加等原因發生變化、生產設備的改造等，使用早先設定的參數進行迴路調節，調節性能已經開始下降，各控制參數的波動會逐漸增大，系統整體的自控率和控制平穩性下降，導致產品產量、收率、能耗等關鍵指標的波動，給整個裝置的效益指標帶來負面影響。

為進一步提升裝置的自控率，通過PID控制平穩率的提升來自動降低原油更換時對整套裝置控制平穩性和經濟指標的影響，並建設一套系統化的PID控制性能監控和管理平台，2016年對常減壓裝置上線了PlantTriageTM CPM（Control PerformanceM a n ag e m e n t ） 控制性能管理和優化系統。PlantTriageTM控制性能實時監控、故障診斷和優化管理系統是目前國際上最為先進和完善的CPM系統，已連續18年榮獲國際知名機構ARC的最佳用戶產品獎及國際控制工程雜誌的工程師最佳選擇產品獎。產品幾乎被世界絕大多數的大型企業所採用，涉及到石化、電力、化工、造紙、醫藥、冶金、食品等所有流程工業。而CPM技術結合了自動化、模式識別、數據整合分析、生產管理等多學科技術和理念 、對生產過程的DCS控制狀況進行系統化的分析、實時評估、故障診斷和優化，成為先進企業智能化工廠建設的一個必不可少的組成部分，為生產過程控制的精細化管理提供了一套系統化的持續改進平台。

案例實施與應用情況

2 常減壓裝置DCS控制優化

PlantTriageTM CPM系統安裝和組態完成後通過標準的OPC通訊自動採集與PID控制相關的數據，基於實時數據自動實現PID控制迴路性能的評估、故障診斷、監控和優化（如圖2所示）。

2.1 自控率和平穩率評估

裝置的自控率是指正常工況下處於非手動狀態下PID控制器占全部在線PID控制迴路的比例。常減壓裝置DCS系統控制迴路優化前，當原油更換時或常壓爐瓦斯氣管網壓力波動較大時，自動控制狀態下裝置的穩定性變差，操作員習慣於先將部分PID控制迴路切換到手動。

控制迴路的平穩率是基於平均絕對誤差、振盪強度、閥門行程和方差4個主要控制性能的KPI指標由PlantTriageTM系統自動計算而成，並通過控制性能樹映射圖Treemap（如圖3所示）展現出來。各控制迴路以不同顏色方塊代表控制迴路性能。綠色為控制良好，橙色為控制一般，紅色為控制不平穩，灰色為離線迴路。方塊的大小代表控制迴路的重要性。