1、Column：自動化軟件2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司化工一廠文u志文，侯晶實時優化（RTQ）技術在燕山乙烯裝 置的工業應用2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉摘要：本文主要從使用角度介紹了 Aspen公司的RTO技術在燕山乙烯裝置 上的運行平臺搭建及閉環應用情況，并初步評價了運行效果。關鍵詞：實時優化RTO乙烯裝置；Aspen1燕山乙烯裝置簡介北京燕山石化化工一廠乙烯裝置以輕柴油為原

2、料，經過裂解、急冷、壓縮、分離等工藝過程，生產出高純度乙烯、丙烯產 品和氫氣、液化氣、碳四、碳五、裂解汽油、裂解輕柴油、裂解 燃料油等副產品，為下游生產裝置提供原料。經過兩次改擴建 后，燕山乙烯裝置實現了目前“兩頭一尾”流程，年產（即8000小時/年）乙烯能力達到71萬噸級的規模。2實時優化（RTO）技術實施背景當前，國外大型的石油化工企業正在越來越深入地利用信息技術解決生產實際問題，一些成熟的軟件和硬件技術的應用已經 為企業經濟效益的提升提供了潛力巨大的、空間廣闊的平臺，成 為企業技術進步中一項投入少、增效快的重要措施。乙烯是石化產品中最為重要的中間產品，從乙烯生產中不斷挖潛增效的能力是石化

3、企業競爭力的重要體現。在技術條件層面上燕山乙烯裝置已實現了全流程的先進過程控制（APC），儀表自控率和聯鎖系統的投用率較高，生產安全平穩，具備了應用RTO技術的條件。3實時優化技術及控制系統介紹實時優化（RTO）技術是利用Aspen Plus的機理模型和Aspen Online在線優化技術，并充分融合生產裝置工藝技術人員實踐經 驗，通過技術方和應用方密切合作共同實施的。燕山乙烯裝置 RTO系統由應用軟件和硬件平臺兩大部分組 成，以全裝置的靜態機理模型作為計算和優化的基礎，通過安全 可靠的通訊運行機制，與APC、DCS實時連接，形成閉環的實時優化控制體系。3.1系統軟件構成（1）Aspen Pl

4、us RTO 和 Aspen Online :燕山乙烯裝置的 RTO 使用了 AspenTech的MSC Suite，該套軟件使用了基于 AspenPlus機 理求解的優化模式。通過嚴格的工藝計算，根據原輔材料的量價數據，按照效益最大化目標方程，計算出一套優化控制參數，作 為APC的外部目標值，通過 APC改變DCS中常規控制回路中的設 定值或閥位開度，最終實現閉環實時優化。（2）APC :先進過程控制，使用的是 AspenTech的DMCplus， 該控制軟件是基于多變量控制技術，以描述獨立變量（包括操作變量MV和前饋變量FF）和非獨立變量（被控變量 CV）關系的模型曲 線來表征過程的動態特

5、性及穩態增益，通過改變DCS中常規控制回路中的設定值或閥位開度，最終實現閉環控制。（3） lnfoPlus.21 :實時數據庫，可直接與DCS進行數據通 訊，為RTO提供數據支持平臺。3.2系統硬件構成燕山乙烯裝置實時優化和先進過程控制的硬件采用四臺惠普的服務器做上位機，運行 Windows 2003 Server操作系統。裝置DCS為YOKOGAWA 的CENTUM CS3000，上位機和 DCS之間采用Aspen開發的通訊接口軟件 CIM-IO以Client / Server 結構進行雙向通訊。四臺服務器分工各有不同，YSHYRTO運行Aspen Plus RTO和 Aspen Onlin

6、e ; LJDMC 運行 DMCplus ; LJWEB 運行 InfoPlus.21 和SPYRO ; LJDMCWatch運行Aspen Watch。四臺服務器均采用TCP/IP協議相互聯網，實現優化控制的各種功能。乙烯裝置優化控制系統硬件構成如圖1所示乙烯裝置優化控制系統硬件構成簡圖圖1圖3 Aspen Online人機界面3.3系統框架結構實時優化由兩部分組成，Aspen Plus RTO 和Aspen Online，用于在線優化、數據通訊、處理，優化周期的管理；Aspen Plus用于建模和模擬計算。(1)靜態機理模型(Aspen Plus)燕山乙烯裝置的實時優化控制系統(RTO)在

7、實施的過程中共開發建立了 1個裝置模型、6個子模型和38個單元模型。這些靜態圖4 RTO優化參數總覽機理模型分為三層，層與層之間、同一層的各單元模型之間都可 以進行數據交換。(2)操作員DCS操作界面操作員操作界面如圖5、圖6所示2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉(2)在線控制和管理( Aspen Online)在線控制和管理由 Aspen Online軟件完成，包括在線數據通 訊、數據處理、系統穩態監測和管理優化計算周期等任務。RTO的運算過程如圖2所示。MA寸3MillIfrfa*z 1Jb NJ* 黑2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉圖

8、2 RTO運算過程框圖3.4系統人機界面(1) 工程師操作界面工程師操作界面如圖3、圖4所示。圖5 RTO運行信息總貌在RTO人機界面中包含豐富的 RTO運行信息，通過這些信息工 程技術人員及操作人員可以直觀地了解RTO運行狀態及優化細節，并對一段長時間內RTO的總體運行概況有所掌握。在出現異常狀況 時，可以盡快著手對靜態模型運算、數據通訊、界面顯示等可能出 現的問題進行調整和修正，方便工程師日常監測和運維。3.5典型控制回路優化值的運行情況實時優化控制涉及到乙烯裝置全部生產過程，優化參數也 分布于所有生產單元，主要包括：裂解爐系統、裂解氣壓縮機系 統、冷區系統、熱區系統。以下依據為IP.21

9、實時數據庫的數據，2013.9 AUTOMATION PANORAMA103玉Column自動化軟件圖6 RTO優化輸出參數表提升裝置運行績效是當前燕山乙烯裝置的主要任務和目標，這與RTO的目標方程一致，在整體優化結果的體現上，可以通過效益曲線較為直觀地展現出來。以下是從每次優化，優化前（initial pro?t ）、優化后（？nal pro?t ）、改變量（change pro?t） 效益曲線角度得到的RTO閉環實施初期效果。說明相關優化點輸出值（橙色線）與DCS中的工藝測量值（藍色線）的變化趨勢截圖。（1裂解爐總進料量圖7進料量變化趨勢圖圖9優化前與優化后效益曲線圖7為10萬噸/年 LU

10、MMUS SL-I型裂解爐總進料量優化值與工藝測量值的變化趨勢圖，在優化目標值發生或高或低的變化時， 通過APC和DCS控制的總進料量跟蹤變化明顯、量差微小，說明 該優化目標實現了閉環控制且運行情況良好。（2）精餾塔壓力圖10改變量效益曲線一1al:g=存圖8塔釜壓力變化趨勢圖圖8為乙烯精餾塔塔釜壓力優化值與執行值的變化跟蹤趨勢 圖，在優化目標值整體呈現降低趨勢時，通過APC和DCS控制的塔釜壓力跟蹤變化明顯、量差較小，說明該優化目標實現了閉環 控制且運行情況良好。4初步效果RTO是在綜合考慮經濟信息、裝置物理約束和裝置自由度的 前提下，最優化裝置的經濟效益。RTO運行的環境創建、模型建立、平

11、臺搭建、數據通訊、方 程求解等過程是環環相扣、有原則有依據、科學嚴謹同時也是具 備經驗性和靈活性的，與燕山乙烯裝置現有工藝流程貼合度高、 工藝原理適用性強且優化程序邏輯嚴密，實時優化結果可信。從圖9、10可以看出，每小時優化總效益提升值約500元1500元，說明RTO技術已經在燕山乙烯裝置上實現了工業應用且 初顯成效。接下來進一步優化梳理各系統間銜接與配合，在允許 范圍內為放寬被優化變量（外部目標值）的限制、減少制約，以 便為目標方程（即效益最大化方程）的運算與實施爭取最佳/最大空間，最終實現效益提升最大化。5結語燕山乙烯裝置工藝過程復雜，實時優化控制模型涉及乙烯裝置全部生產過程，包括裂解爐、壓縮機等關鍵設備，并考慮設備不同的運行狀態，如裂解爐的運行/清焦/熱備/停爐等，反應器的使用/再生等各類工況，整個模型共建立49個AspenPlus GUI圖形, 2735個掃描點，67個