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    摘要：隨著人工智能的發展，越來越多的應用于工廠以實現自動化控制，減少了繁重的體力勞動的同時帶來了不菲的經濟效益。本文介紹了iMES控制在焦化氣壓機控制系統的成功應用，通過調節富氣壓縮機的負荷，以實現對焦化塔分餾壓力的精確控制。

    引言：焦化切塔是焦化工藝操作的難點，對焦化工藝、干氣制氫甚至裝置的安全環保都會有很大的影響。焦化裝置的富氣壓縮機組將裝置產出的富氣壓縮后送往吸收穩定系統，切塔時工藝波動大，操作人員必須手動操作兩三個小時才能恢復穩定，勞動強度大，風險高的同時浪費很多蒸汽。濟南煉化是國內首個“城市煉廠”，企業視安全環保為生命線，自主創新，發揮科技優勢助力安全生產勢在必行。2017年濟南煉化焦化氣壓機組使用iMES控制系統實現全自動切塔，全程無擾動操作，解放勞動力的同時，創造不菲的經濟效益。

    一、焦化原有的控制方式和存在的問題

    120萬噸/年延遲焦化裝置是2009年在原有裝置上擴建完成，對全廠的渣油平衡起到關鍵作用，加工量負荷變化較大，工藝波動頻繁。焦化裝置的富氣壓縮機組將裝置產出的富氣壓縮后送往吸收穩定區域，由于工況波動大，原機組配置的調速器控制系統無法滿足自動控制的需求，操作人員必須手動操作，勞動強度大，風險高同時浪費能量。為實現機組的自動化運行，該機組的控制系統在2009年進行優化改造。采用某國際品牌的控制系統對機組的防喘振控制和調速部分進行過專項改造。改造后經過幾年的運行，由于技術支持不夠和控制系統硬件可靠性較差，控制品質下降，防喘振控制和調速系統已不能滿足工藝負荷和工況變化時保持自動控制的要求，給安全生產帶來了隱患。濟南煉化屬于“城中煉油廠”環保壓力極大，焦化機組不能實現自動控制，在放空和切塔操作時需要幾個操作人員協調手動操作，操作強度和操作風險較大。氣壓機組的手動操作也不能與先進控制（APC）軟件匹配運行的需求。

    二、目前的控制方式弊端

    切塔操作是焦化工藝的一個操作難點，每次切塔過程，分餾塔壓力都會大幅波動。操作人員靠調節防喘振閥的開度來維持分餾塔壓力的穩定，這樣勢必造成壓縮機運行有很大的余量，一般防喘振閥開度都在30%左右。由于防喘振閥的開度，造成大量蒸汽的浪費。切塔過程中要多人配合頻繁手動操作，注意力的高度集中造成操作人員精神緊張。而且人工操作切塔時分餾塔壓力波動較大，如圖一所示。

圖1 iMES控制系統投用前運行曲線

    從曲線可以看出，焦化切塔時，汽輪機轉速一直在較高狀態運行，防喘振閥門開度較大，切塔時，分餾塔頂壓力（綠色曲線）波動范圍較大。操作人員為了穩定壓力，頻繁調節防喘振閥，消耗了大量的精力。且由于防喘振閥的開度較大，大量的壓縮富氣打回流，造成壓縮做功浪費，蒸汽損失。

    三、控制方案的改進

    氣壓機組iMES控制系統控制核心為分餾塔壓力與汽輪機轉速串級控制，增加分餾塔頂壓力控制與防喘振的解耦優化控制功能，這兩個功能相互獨立，又彼此影響，既能單獨控制，又能同步自動調節。當這兩個功能都處于自動模式時，防止發生喘振控制與分餾塔頂壓力控制之間的耦合，當防喘振閥必須打開時，iMES控制系統能夠自動跟蹤調節汽輪機轉速防止分餾塔頂壓力的大幅波動。由于機組工作點始終在運行曲線附近，機組運行效率最高，大量的節省了蒸汽，經濟效益大幅提升。

    3.1硬件配置

    系統硬件采用TRICON系列產品，電源及控制卡件都按照冗余容錯設計，關鍵控制參數三取二聯鎖，系統可靠性較高，運算速度快。

    3.2軟件功能

    iMES的控制核心就是分餾塔頂壓力串級汽輪機轉速，防喘振閥配合汽輪機轉速解耦控制，使得汽輪機控制“卡邊操作”，讓汽輪機工作在運行曲線附近，如圖2所示。盡可能的實現最高效率運行，同時通過對防喘振閥的控制，確保了汽輪機不發生喘振，實現了在安全、平穩和經濟效益下運行，同時利用控制系統的運算操作，使得人工智能解放了操作人員的勞動，達到了無人駕駛。

圖2汽輪機防喘振線

    iMES的智能控制降分餾塔壓力控制過程如下：

    1、判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，當防喘振閥全自動時，可以直接關到滿足分餾塔頂壓力為止，如果關到一定程度，已經滿足分餾塔頂壓力，并且工作點還遠離控制線，則開始以60RPM的速度開始降汽輪機轉速，此時回流閥仍然處于自動調節狀態，開始慢慢關回流閥，直至回流閥全部關閉或者轉速降到最低為止。

    2、判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域。則先關閉防喘振閥，如果回流閥全部關閉，還沒有達到設定值，則開始升轉速，直至到達設定值為止。

    3、判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，如果回流閥在半自動狀態，則關閉到半自動狀態的設定值，還沒有達到設定值，則開始升轉速，直至到達設定值為止。

    4、判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則關閉防喘振閥，如果防喘振工作點已經離控制線1%范圍內時，還沒達到設定值，則開始升轉速，如果升轉速時，工作點到達離控制線大于3%時，還沒達到設定值，此時停止升轉速，開始繼續關閉防喘振閥，當關閉到工作點離控制線到1%-3%之間時達到設定值則保持當前狀態，分餾塔頂壓力調節防喘振閥。反之，繼續持續循環之前步驟操作，直至達到設定值為止。控制曲線如圖3所示。

圖3iMES智能軟件控制下的參數曲線

    升分餾塔壓力的控制和降分餾塔控制過程類似。

    從控制曲線可以看出，投入iMES智能控制軟件以后，控制曲線發生很大的變化，整個控制過程不需要人工干預，放空和切塔周期的工藝參數跟蹤控制需求變化平穩，分餾塔頂壓力（綠色曲線）波動范圍在3KPa之內。汽輪機的轉速（黃色曲線）跟隨分餾塔頂壓力的變化自動調節。氣壓機組操作實現自動化操作，真正做到了機組控制的“無人駕駛”。

    在功能上實現分餾塔頂壓力控制與防喘振控制的解耦控制優化，當這兩個功能都處于自動控制模式時，防止發生防喘振控制與分餾塔頂壓力控制之間的耦合作用，當防喘振閥必須打開時，機組轉速能夠自動跟蹤防止分餾塔頂壓力的大幅波動，對解耦控制實行的是有差控制，操作人員可以根據分餾塔頂的壓力波動范圍設置一定的死區，當測量值超過設定值與此死區的偏差時，才進入調節模式，當調到在設定值偏差范圍之內時，自動停止調節，防止轉速對喘振閥頻繁調節。分餾塔頂壓力控制與防喘振解耦功能的具體實施原理如圖4所示。

圖4汽輪機轉速與防喘振閥解耦控制曲線圖

    四、運行效果分析

    濟南煉化焦化APC軟件在2016年底上線運行，利用智能調節功能優化裝置各部分之間的物料傳遞平衡；優化精餾部分的操作，已經取得了平均提高輕收1.7%，能耗降低1.8%的成效。但機組控制優化前APC不能與富氣壓縮機組和分餾塔頂壓力無縫銜接，對進一步實現節能降耗產生了瓶頸。

    隨著富氣壓縮機優化控制iMES的投運，對分餾塔頂壓力實現精確控制，可以進一步降低焦炭產率，提高輕收，提高蠟油產率,真正實現智能運行。

    此次改造實際增效：

    336萬（節約蒸汽）+50萬（減少空冷負荷）共計386萬元/年。

    五、結束語

    濟南煉化iMES控制系統智能軟件和燕山石化黑屏操作如出一轍，智能化軟件的應用對控制方式和運行效率、產業結構乃至安全環保都帶來深遠的影響。相信隨著計算機科技、儀器儀表和人工智能的發展，這些高科技的應用將給危化行業帶來全新的變化，全新的智能自動化生產企業不再被工廠的地理位置所限制。安全、環保、節能和高效在人工智能的推動下全部實現，工業生產中全自動控制的無人駕駛模式替代人工勞動力這一趨勢必將到來。