趙毅，李超，田健輝

（石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100007）

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實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置在線優(yōu)化中的應(yīng)用

趙毅，李超，田健輝

（石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100007）

摘要：乙烯產(chǎn)業(yè)是重要的石化基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、石油化工產(chǎn)業(yè)及工業(yè)社會(huì)起著舉足輕重的作用，近年來(lái)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中保持著蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但是，由于我國(guó)乙烯生產(chǎn)總體技術(shù)水平的相對(duì)滯后以及乙烯工業(yè)所供原料復(fù)雜等因素，導(dǎo)致我國(guó)目前乙烯裝置與世界乙烯生產(chǎn)先進(jìn)水平存在一定差距，為了減小這一差距，達(dá)到世界先進(jìn)水平，離不開(kāi)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化和運(yùn)用實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)。為此，本文介紹了實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和該技術(shù)在乙烯裝置的應(yīng)用情況，并通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)施，建立了乙烯裝置的全流程嚴(yán)格機(jī)理模型，可以實(shí)時(shí)跟蹤乙烯裝置的生產(chǎn)情況，持續(xù)不斷對(duì)裝置進(jìn)行在線優(yōu)化，使裝置的操作達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益操作點(diǎn)，此外，在優(yōu)化中以裝置的原料、產(chǎn)品和公用工程等價(jià)格為導(dǎo)向，對(duì)全裝置生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)操作執(zhí)行，減少了優(yōu)化計(jì)算和結(jié)果執(zhí)行中的人為干預(yù)。分析表明實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)了乙烯裝置增產(chǎn)、節(jié)能和降耗的目標(biāo)，可為乙烯生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造新增經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)優(yōu)化；在線優(yōu)化；先進(jìn)控制；乙烯裝置

乙烯產(chǎn)業(yè)是重要的石化基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、石油化工產(chǎn)業(yè)及工業(yè)社會(huì)起著舉足輕重的作用，近年來(lái)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中保持著蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)[1]。然而，由于我國(guó)乙烯生產(chǎn)總體技術(shù)水平的相對(duì)滯后，以及乙烯工業(yè)所供原料復(fù)雜等因素，導(dǎo)致我國(guó)目前乙烯裝置與世界乙烯生產(chǎn)先進(jìn)水平存在一定差距[2-5]。為了減小這一差距，達(dá)到世界先進(jìn)水平，離不開(kāi)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化和運(yùn)用實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)（real-time optimization，RTO）。

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的乙烯裝置已經(jīng)完成了先進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)施，正在進(jìn)行以乙烯裝置效益最大化為目標(biāo)的實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[5-6]。美國(guó)康菲石油公司應(yīng)用Aspen Tech公司的RT-OPT技術(shù)完成對(duì)乙烯全廠的實(shí)時(shí)優(yōu)化，RT-OPT建立了18000個(gè)方程聯(lián)立求解，每次運(yùn)行需45min，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年的投用，收回全部投資[4]。日本出光石化公司利用Schneider Electric公司（2013年Schneider Electric收購(gòu)Invensys）的ROMeo（rigorous online modeling and equation-based optimization）實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)[7]，對(duì)乙烯裝置進(jìn)行精確模擬，整個(gè)計(jì)算過(guò)程大約需要2h，可以提高乙烯產(chǎn)率0.35%。

我國(guó)在乙烯裝置先進(jìn)控制（advanced process control，APC）和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)方面的應(yīng)用和研發(fā)起步較國(guó)外滯后，但近幾年也取得了顯著的成績(jī)。華東理工大學(xué)錢鋒教授的團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了揚(yáng)子石化裂解爐先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，優(yōu)化了原料的利用，提高了高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)率，減少了能耗和物耗[8]。中國(guó)石化燕山分公司采用Aspen Tech公司的RT-OPT技術(shù)實(shí)施乙烯裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)上線17個(gè)月，所帶來(lái)的效益增量在3000～6000萬(wàn)元[9-10]。吉林石化公司乙烯裝置采用了ROMeo實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，對(duì)乙烯裝置實(shí)施了全流程的節(jié)能優(yōu)化，整個(gè)乙烯裝置的綜合能耗下降了5%以上，為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[11]。

國(guó)內(nèi)外實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置的應(yīng)用情況表明，實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)是乙烯企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、降低能耗和優(yōu)化原料利用的重要手段之一。如何利用實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)裝置操作成為乙烯企業(yè)的迫切需求。本文根據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的研究，闡述了實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，具體描述了實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)施內(nèi)容和效果。

1 實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)處于流程生產(chǎn)過(guò)程的第三層[12]（圖1），起到對(duì)流程過(guò)程中的優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化、并將優(yōu)化結(jié)果傳遞給APC的作用，運(yùn)行周期為幾分鐘至幾小時(shí)。

圖1 流程生產(chǎn)過(guò)程分層結(jié)構(gòu)圖

目前隨著RTO理論的日趨成熟，計(jì)算機(jī)軟、硬件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)供應(yīng)商、軟件開(kāi)發(fā)公司和高校投入了大量的人力、物力，研究和開(kāi)發(fā)了多款實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，如華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的乙烯實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)[8]、浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的PTA （pure terephthalic acid，精對(duì)苯二甲酸）實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)[13-14]、北京優(yōu)化佳控制技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的相關(guān)積分法催化裂化實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)[15]、Aspen Tech公司的RT-OPT、Schneider Electric公司的ROMeo和Honeywell公司的ProfitMax等。RTO的應(yīng)用領(lǐng)域涉及乙烯裝置、原油蒸餾和分餾、催化裂化、連續(xù)重整等。根據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可分為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類型。

1.1 穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)

典型的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)流程如圖2所示，主要包括穩(wěn)態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)整定、模型參數(shù)更新、優(yōu)化計(jì)算和APC動(dòng)態(tài)控制5個(gè)模塊。穩(wěn)態(tài)檢測(cè)是穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化最重要的區(qū)別，穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)在運(yùn)行之前，要確保過(guò)程系統(tǒng)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，相對(duì)于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化，穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)主要采用機(jī)理模型作為過(guò)程建模方法，模型的適應(yīng)性強(qiáng)，適用于解決大范圍非線性優(yōu)化問(wèn)題。

1.2 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)

穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)針對(duì)的是過(guò)程參數(shù)變化較為

圖2 穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)流程示意圖

圖3 動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化效益對(duì)比示意圖

緩慢的系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中RTO運(yùn)行周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于控制周期[16]，然而還有一些系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)變化較快，需要RTO運(yùn)行周期與控制周期非常接近，否則將會(huì)降低實(shí)時(shí)優(yōu)化所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，如圖3所示。因此就需要利用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化和優(yōu)化控制的功能。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化免除了系統(tǒng)等待穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，有效地提高了實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在過(guò)程參數(shù)變化較快的過(guò)程系統(tǒng)中，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2 穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置在線優(yōu)化中的應(yīng)用

穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)在乙烯裝置中的開(kāi)發(fā)和實(shí)施需要經(jīng)過(guò)乙烯流程梳理、確定模型優(yōu)化和約束變量、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、模擬模型開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)整定模型開(kāi)發(fā)、優(yōu)化模型開(kāi)發(fā)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)部署、DCS界面開(kāi)發(fā)、離線優(yōu)化測(cè)試、開(kāi)環(huán)優(yōu)化測(cè)試和閉環(huán)優(yōu)化測(cè)試12個(gè)階段。

圖4 穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)總體架構(gòu)

穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的總體架構(gòu)見(jiàn)圖4，通過(guò)圖4可以看出，工藝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（real time database，RTDB）進(jìn)入RTO，首先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)檢測(cè)，當(dāng)過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，模型序列控制系統(tǒng)（model sequence active control，MSAC）啟動(dòng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)（real time system，RTS）對(duì)過(guò)程優(yōu)化系統(tǒng)（process optimization system，POS）的邏輯控制，實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制過(guò)程優(yōu)化系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入、邏輯判斷、數(shù)據(jù)整定、優(yōu)化計(jì)算和數(shù)據(jù)輸出等操作。當(dāng)完成優(yōu)化計(jì)算后，將優(yōu)化計(jì)算結(jié)果經(jīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)返回DCS，作為先進(jìn)控制受控變量（controlled variable，CV）的設(shè)定值，然后通過(guò)先進(jìn)控制對(duì)乙烯裝置進(jìn)行控制操作，最終使乙烯裝置達(dá)到最優(yōu)操作狀態(tài)。如果裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)，此過(guò)程每2h執(zhí)行1次，完成1個(gè)周期的優(yōu)化運(yùn)算大約需要1.5h的時(shí)間。

2.1 乙烯流程梳理

本文穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化在順序分離流程的乙烯裝置上實(shí)施，基本流程見(jiàn)圖5。該裝置液化石油氣、石腦油和加氫裂化尾油等原料進(jìn)入裂解爐進(jìn)行高溫裂解，為了減少裂解爐出口裂解氣副反應(yīng)發(fā)生，裂解氣被迅速送入急冷區(qū)進(jìn)行降溫，出急冷區(qū)氣體通過(guò)五段離心壓縮機(jī)從0.025MPa壓縮到約4.0MPa。然后裂解氣送至裂解氣干燥器進(jìn)行干燥，干燥后的裂解氣送入深冷分離單元，裂解氣進(jìn)入脫甲烷塔進(jìn)行分離，塔頂產(chǎn)物得到甲烷，而塔釜物料依次通過(guò)脫乙烷塔、脫丙烷塔和脫丁烷塔，分別得到C2、C3、C4的產(chǎn)物。C2、C3分別經(jīng)過(guò)碳二加氫反應(yīng)器和碳三加氫反應(yīng)器經(jīng)過(guò)加氫后，精餾生成乙烯、丙烯產(chǎn)品。

2.2 乙烯穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題

圖5 乙烯裝置順序分離流程圖

乙烯生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，包括許多涉及多變量?jī)?yōu)化的單元操作。并且乙烯生產(chǎn)與許多其他石油化工過(guò)程不同，其優(yōu)化操作點(diǎn)隨時(shí)間不斷變化，過(guò)程具有高度的復(fù)雜性，單純由技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)確定操作值，不能達(dá)到最優(yōu)化的操作。所以，需要實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，不斷根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)狀況，調(diào)整對(duì)裝置的操作。

穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)施是以經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)見(jiàn)式(1)。

式中，Pi為產(chǎn)品價(jià)格；Fj為原料價(jià)格；Uk為公用工程價(jià)格。

本文實(shí)時(shí)優(yōu)化范圍僅對(duì)裂解爐進(jìn)料分配系統(tǒng)、裂解爐區(qū)、急冷區(qū)和裂解氣壓縮區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，其他區(qū)域僅考慮約束條件。通過(guò)對(duì)乙烯裝置數(shù)據(jù)的采集和初步分析，為了實(shí)現(xiàn)乙烯裝置效益最大化，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)所需的部分優(yōu)化變量和約束變量見(jiàn)表1。

2.3 模型開(kāi)發(fā)

模型開(kāi)發(fā)是實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)最重要的實(shí)施部分，直接關(guān)系到優(yōu)化實(shí)施的效果。模型開(kāi)發(fā)需要經(jīng)過(guò)5個(gè)階段：模型功能設(shè)計(jì)、模擬模型開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)整定模型開(kāi)發(fā)、優(yōu)化模型開(kāi)發(fā)和實(shí)時(shí)序列模型開(kāi)發(fā)。以乙烯裂解爐模型開(kāi)發(fā)為例，乙烯裂解爐的基本結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示，結(jié)構(gòu)主要分為對(duì)流段和輻射段。根據(jù)裂解爐的結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程和優(yōu)化方案，可將裂解爐的主要工藝簡(jiǎn)化為如圖6(b)的功能設(shè)計(jì)圖。其他操作單元依據(jù)裂解爐功能設(shè)計(jì)方法，完成繪制整個(gè)乙烯裝置的功能設(shè)計(jì)圖。

表1 乙烯裝置部分優(yōu)化和約束變量

圖6 乙烯裂解爐的基本結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)圖

然后根據(jù)功能設(shè)計(jì)圖、實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)和乙烯裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等信息，建立乙烯裝置的嚴(yán)格機(jī)理模型，并利用多工況數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)整定，在對(duì)模擬結(jié)果分析的基礎(chǔ)上對(duì)上述模型進(jìn)行校正，使之與實(shí)際生產(chǎn)情況相符合。數(shù)據(jù)整定問(wèn)題可以表達(dá)為式(2)的數(shù)學(xué)優(yōu)化命題形式，通過(guò)求解優(yōu)化命題使目標(biāo)函數(shù)在滿足約束條件的同時(shí)，達(dá)到總體誤差最小。

以裂解爐裂解氣模型計(jì)算值與在線分析儀測(cè)量值對(duì)比為例，如表2所示，數(shù)據(jù)整定過(guò)程會(huì)使表2中目標(biāo)函數(shù)貢獻(xiàn)值的加和值達(dá)到最小。此外，通過(guò)每個(gè)分析項(xiàng)對(duì)目標(biāo)函數(shù)貢獻(xiàn)值的大小，可以判斷模型計(jì)算結(jié)果是否合理，表2中裂解氣分析C2H4對(duì)目標(biāo)函數(shù)貢獻(xiàn)值為47.01，在所有分析項(xiàng)中貢獻(xiàn)值最大，考慮模型存在偏差，需要對(duì)模型相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使模型計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際工況。

表2 數(shù)據(jù)整定結(jié)果報(bào)告 單位：%

2.4 實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)施

模型開(kāi)發(fā)完成并驗(yàn)證準(zhǔn)確后，進(jìn)入實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施階段，該階段主要分為三個(gè)步驟：離線優(yōu)化、開(kāi)環(huán)優(yōu)化和閉環(huán)優(yōu)化。由于在線優(yōu)化涉及生產(chǎn)層面，在實(shí)施過(guò)程中需要采取較為謹(jǐn)慎的態(tài)度。本文實(shí)施的乙烯裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化方案包括799個(gè)測(cè)量值、99個(gè)優(yōu)化變量和127個(gè)約束變量，系統(tǒng)在計(jì)算過(guò)程中會(huì)創(chuàng)建62萬(wàn)個(gè)變量、62萬(wàn)個(gè)方程式和超過(guò)243萬(wàn)個(gè)非零值。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)先進(jìn)行離線優(yōu)化，逐漸過(guò)渡到開(kāi)環(huán)優(yōu)化，待開(kāi)環(huán)優(yōu)化的結(jié)果能夠保證裝置可靠運(yùn)行后，系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)的建設(shè)。

開(kāi)環(huán)優(yōu)化階段，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成連續(xù)的優(yōu)化方案，根據(jù)實(shí)際工況，對(duì)優(yōu)化方案（見(jiàn)表3，1臺(tái)石腦油裂解爐的優(yōu)化方案）進(jìn)行不斷地驗(yàn)證，并對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，直到驗(yàn)證實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化模型的魯棒性。

實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化模型的魯棒性得到開(kāi)環(huán)測(cè)試的確認(rèn)，實(shí)施進(jìn)入閉環(huán)測(cè)試階段，在此期間優(yōu)化目標(biāo)將逐步加入到現(xiàn)有的先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）。實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)行過(guò)程如圖7(a)所示，優(yōu)化模型隨時(shí)間連續(xù)地運(yùn)行，該圖時(shí)間段內(nèi)模型共進(jìn)行8次運(yùn)算，其中5次收斂（峰值為3，3代表收斂），3次不收斂（峰值為10和11，10代表數(shù)據(jù)整定計(jì)算結(jié)果無(wú)效，11代表數(shù)據(jù)整定計(jì)算失?。?。圖7(b)為圖7(a)圓圈區(qū)域運(yùn)行過(guò)程時(shí)間分配的放大顯示，優(yōu)化模型完成一個(gè)收斂周期需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)等待、數(shù)據(jù)整定、優(yōu)化計(jì)算和計(jì)算結(jié)果輸出4個(gè)階段，平均用時(shí)大約需要1.5h，其中數(shù)據(jù)整定用時(shí)最長(zhǎng)。

表3 石腦油裂解爐優(yōu)化方案

圖7 實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行收斂狀態(tài)和一個(gè)收斂周期的時(shí)間分配

2.5 實(shí)施效益

在乙烯裝置上實(shí)施實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，經(jīng)過(guò)分析測(cè)算，將在以下幾個(gè)方面增加效益。①裂解原料：目前單臺(tái)裂解爐的操作基本保持進(jìn)料不變，因此在尊重裝置約束的條件下，優(yōu)化每臺(tái)爐子的進(jìn)料分配；②裂解爐區(qū)：受原料變化、爐子運(yùn)行周期、燃料等各種因素的影響，裂解爐爐管出口溫度和稀釋蒸汽用量有一定的優(yōu)化空間，通過(guò)對(duì)裂解深度和稀釋比的優(yōu)化，可以提高高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)率；③急冷區(qū)：優(yōu)化點(diǎn)在于有效地提高急冷塔的熱量回收效率，多產(chǎn)稀釋蒸汽，減少外補(bǔ)蒸汽量；④燃料氣系統(tǒng)優(yōu)化：最小化燃料氣的消耗，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增加效益。除去上述提到的優(yōu)化點(diǎn)外，在實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程中，會(huì)制定相應(yīng)的優(yōu)化方案，以保證生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

由于價(jià)格體系的差異對(duì)實(shí)施效益計(jì)算有較大影響，根據(jù)2015年3月中旬價(jià)格體系進(jìn)行計(jì)算，單次優(yōu)化計(jì)算后，產(chǎn)品優(yōu)化前后效益貢獻(xiàn)隨產(chǎn)量變化情況見(jiàn)圖8，每小時(shí)的效益增加兩千元左右，以此計(jì)算結(jié)果推算，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)在投用后將會(huì)帶來(lái)年效益增量在1500萬(wàn)～3000萬(wàn)元。

3 結(jié) 論

圖8 產(chǎn)品優(yōu)化前后效益貢獻(xiàn)隨產(chǎn)量變化情況（2015年3月中旬乙烯裝置價(jià)格體系）

乙烯裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)在不增加重大設(shè)備投資的情況下，充分發(fā)揮了現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運(yùn)行潛力，有效實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)、節(jié)能和降耗的目標(biāo)，為企業(yè)創(chuàng)造了新增效益。通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)研究和實(shí)施，不僅為目前已經(jīng)實(shí)施的乙烯裝置提高了高附加值產(chǎn)品的收率、使裝置的生產(chǎn)運(yùn)行更好地接近工藝約束、更好地響應(yīng)工藝的擾動(dòng)、提高了安全操作、最小化能量的消耗、實(shí)現(xiàn)了故障儀表檢測(cè)和裝置脫瓶頸等，而且也為將來(lái)實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)在其他裝置上推廣實(shí)施和實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)，提供了可行的方案和思路。

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綜述與專論

Application of real -time optimization in on-line optimization of ethylene plant

ZHAO Yi，LI Chao，TIAN Jianhui
（Petro-Cyber Works Information Technology Co.，Ltd.，Beijing 100007，China）

Abstract：Ethylene production as an important basic industry plays an important role in national economy，petrochemical industry and industrial society，and maintains a booming trend in economic growth. But because of the overall technical level of ethylene production in China as well as complex raw material supply and other factors，China’s current ethylene plant lags behind world’s advanced level. In order to catch up with world advanced level，process automation and real-time optimization is essential. This paper describes real-time optimization development status and application of this technology in ethylene plant. Through implementation of real-time optimization system and establishment of a whole process mechanism model for ethylene plant，real-time tracking of production and on-line optimization can be realized to achieve the best economic operating point. In addition，oriented by prices of raw materials，products and utilities，automatic operation of the whole plant is performed to reduce human intervention in optimization and implementation. Through research and analysis of RTO technology，the goals of yield increase，energy saving and consumption reduction could be achieved.

Key words：real-time optimization; online optimization; advanced process control (APC); ethylene plant

收稿日期：2015-08-14；修改稿日期：2015-09-17。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.004

中圖分類號(hào)：TP 15; TE 626

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000–6613（2016）03–0679–06

第一作者及聯(lián)系人：趙毅（1979—），男，博士，高級(jí)顧問(wèn)，主要研究方向?yàn)閷?shí)時(shí)優(yōu)化、流程模擬、化學(xué)計(jì)量學(xué)和化工應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。E-mail yee.zhao@pcitc.com。