DCS在我國石油化學工業中應用情況

1.DCS在我國大型氨廠的應用情況

我國從70年代中期至今已經建成投產的大型氨廠（含30萬砘氨/年和20萬噸氨/年）共計22個，其中有兩套國產化裝置和20套引進裝置，“八五”在建的裝置10套。從1984年云南天然氣化工廠使用TDC-3000BASIC系統對合成氨生產自控改造開始，大型氨廠DCS應用歷經10年，現在有19個廠在合成、尿素、水處理、普里森等裝置中使用了35套DCS，僅剩下寧夏化肥廠、湖北化肥廠、山西化肥廠仍沿用模擬儀表控制。

在應用軟件開發應用上也成績顯著，表現如下幾點：

（1）普及推廣了四套節能控制系統

四套節能控制系統指氣頭廠合成氨生產過程的水碳比值控制系統（控制原料氣CH[，4]量和蒸汽量）、氫氮比控制系統（控制空氣量）、一段轉化爐出口溫度控制系統（控制燃料量）、馳放氣組分壓力控制系統（控制馳放氣量）。四套控制系統是 80年代初，川化、盧天化、云天化等企業研究開發，在此基礎上，各廠采用DCS以后，又把它們不斷完善創新，現已普及，對穩定生產，節能降耗帶來了明顯的經濟效益。如川化年增產合成氨5435.1噸，年節約天然氣604.8萬立方米。盧天化在相同原料氣消耗條件下可增產氨1.15%。滄化每噸氨能耗下降 0.293百萬大卡，增產2.9%。

以石腦油或渣油為原料的各家氨廠開發的以爐溫（或出爐氣體成份）為主環，以氧油比、蒸汽油比比值調節為副環節能控制回路，別具風格，應用后效益顯著。

（2）在尿素裝置上采用多變量先進控制（MUVAC）

MUVAC的基礎出發點是找出尿素生產過程中關鍵參數之間的相互聯系，依靠DCS控制裝置，用串級、前饋、比值、均勻、超馳、增益自適應PID等控制策略，使得關鍵參數變化時，其它參數隨之自動調整，盡量減少人為干擾，從而達到安全穩定，節能增產的目的。該項技術首先在大慶化肥廠實現，取得滿意效果，目前滄化、遼化等也在實施中。

（3）操作優化

四川化工總廠承擔了“七五”國家科技攻關課題“合成氨裝置生產過程計算機控”，用SPECTRUM系統和IBM-PC/XT上位機，對合成氨觸媒溫度、水碳比、氫氮比等回路，經過象測試、工藝參數數據處理，建立單元對象數學模型，實施局部優化控制。該項目通過了國家技術鑒定。這種以兩級計算機閉環優化實施控制系統的研究成功，使我國大型氨廠計算機控制水平處于世界領先地位。

2.DCS在我國中型氨廠的應用情況

我國共有中型氨廠55個，其中以油、氣為原料的21個，以煤為原料的34個。這些氨廠多數在60年代和70年代建廠，通過改造擴建，生產規模不斷擴大，是我國氮肥行業的中堅。自從1981年吉化化肥廠使用CENTUM-A系統實施自控改造以后，使用計算機技術改造傳統產業的熱潮興起，中型氨廠DCS應用發展迅速。根據1992年調查統計，已有27家中型氨廠購買安裝了37套不同型號的DCS，有近50%中型氨廠使用DCS，可見80年代是我國中型氨廠自控發展史上的飛躍時期。

中型氨廠DCS應用按照裝置小容量多機組的工藝特點，基本是在一個車間安裝一套DCS，操作站設置在車間控制室，分別在造氣、變換、合成、尿素等車間使用，個別廠為了加強管理，在調度室安裝了操作站CRT顯示屏。其控制規模為：模擬量輸入100～150點，開關量 30～50點，控制回路30～40個。全流程過程控制共計研究開發了20個節能控制系統，并用DCS控制。20個控制系統是：煤造氣自動順序控制、重油氣化爐帶溫度（或出口氣成份）校正的雙交叉限幅氧油比控制、煤造氣爐蒸汽流量控制、油氣化爐自動開停車順序控制、飽和熱水塔出口溫度極值控制、氫氮比控制、氨合成塔觸媒層溫度控制、惰性氣體-壓力超馳控制、氨蒸發器出口溫度-液面超馳控制、三大高壓液位控制、氨合成塔群負荷分配控制、尿素合成塔NH[，3]/CO[，2]控制、H[，2]O/CO控制、脫碳塔O[，2]/CO[，2]控制、空分裝置順序控制。

蘭化公司化肥廠用ICC-6000系統和上位機，對合成塔觸媒層溫度、循環氣吹除、H[，2]/N[，2]及負荷分配等控制回路進行二級計算機局部優化控制進行試驗，取得成功，并通過技術鑒定。

中型氨廠普遍認為：DCS投運后，減輕了工人勞動強度，改善了操作環境，穩定了工藝生產，提高了操作精度，達到了裝置安全穩定運行，節能降耗的目的。據調查各中型氨廠DCS應用，每套年經濟效益在60～200萬元不等。

3.煉油廠DCS應用情況

自從1983年高橋石化公司煉油廠引進SPECTRUM系統用于常減壓裝置過程控制以來，我國煉油行業相繼有20多家企業用DCS進行自控改造。高橋石化公司煉油廠與浙江大學合作，以DCS、單回路調節器和FOX-300、IBM-S/I為上位機，在不同的裝置上建立數學模型，開發專家系統，實施局域優化控制，取得了314萬元的經濟效益。

廣州石化總廠煉油廠與北京石油化工科學院合作，在PROOVOX系統的上位機HP1000A700上用FORTRAN語言開發了LQG自校正控制軟件，于1988年投入使用。它可以作為DCS的一個通用控制模塊，對DCS管理之下的多個控制回路實施LQG自校正控制。LQG自校正算法通常適用于被控對象結構已知，但參數未知的情況。自校正系統將在線辨識和控制器的設計有機地結合起來，在運行過程中，首先進行參數辨識，然后根據辨識結果修改控制器參數，達到消除干擾之目的。LQG自校正控制軟件，用于常壓塔塔頂溫度控制，年經濟效益達50萬元。

大連石油化工公司，在蒸餾裝置上使用OPTROL7000上位機和SPECTRUM系統，引進美國通用自動化公司（AAI）的先進控制軟件。主要是一些先進的控制應用程序，如：原油預熱控制程序FO、加熱爐支路平衡及燃燒控制程序F1F2F3、初餾塔控制程序TOWERA、減壓塔控制程序 TOWERC，。分餾點計算是AAI公司的專有技術，與廠方合作開發了初餾塔、常壓塔、減壓塔分餾點控制程序。分餾點計算是根據已知原油實沸點（TBP） 曲線和塔的各傾線產品的實沸點曲線，實時采集塔的各部溫度、壓力、進塔出塔物流的流量等參數、將塔分段，進行各段上的物料平衡、熱平衡計算，得到塔內的液相流量和汽相流量，從而算出抽出產品的分餾點。分餾點計算在系統程序中每10秒鐘運行一次，比在線分析儀表快，使調節質量得到改善，在計算出分餾點的基礎上，以計算機間通訊方式，修改DCS系統中相關傾線流量控制模塊的給定值，從而實現先進控制（SPC）。

加熱爐出口溫度控制是由基本控制器（UCM）進行。用上位機對爐膛溫度進行實時計算，求出一個較為理想的真實爐膛溫度，輸出給UCM，從而實現了爐出口溫度與爐膛溫度串級調節。由于爐膛溫度的反應比爐出口溫度快，所以在實際應用上大大改善了出口溫度控制效果。

大型加熱爐燃燒控制是節能顯著的控制系統，各DCS應用企業都開發了應用軟件。有的根據煙道氯氧含量進行燃燒熱效率計算和顯示，再根據氧含量和算出的熱效率去控制入爐空氣量，保持低殘氧燃燒，以達到節能的目的。

蘭州煉油化工總廠2#常減壓裝置采用了I/A.S系統，不僅進行常規控制，還實現了生產過程操作優化，并且將DCS與生產管理計算機VAX8350通迅聯網，2#裝置DCS過程控制計算機系統已成為全廠信息管理系統（MIS）的一部分。

我國應用DCS的煉油廠，除在常減壓裝置實施DCS高級軟件控制外，在催化裂化、催化重整、加氫精制、油品調合等方面均開發了節能顯著的復雜控制系統，在此不予贅述。

4.DCS在乙烯裝置上的應用情況

典型的石化工工藝是以石油為原料，通過初初餾、裂解、分離、聚合等工藝過程生產各類石油化工產品，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、合成橡校、乙二醇、丙烯腈、聚脂等。我國建成投產的20多個乙烯廠均為典型的石油化工工藝。自從1983年燕山石化公司前進化工廠乙烯裂解裝置采用CENTUM-A系統進行自控改造至今，已有14家企業76套DCS用于生產過程控制，可見DCS在石化企業中推廣應用之快、應用數量之多為各行業之首。從石化企業十年DCS應用情況來看，一般分為二步實施。第一步使用DCS改善常規調節控制品質，滿足生產的安全、穩定、長周期運行，為高層次應用開發打下基礎。第二步通過現代控制理論的應用，機理模型的研究，開發優化操作應用軟件、專家系統等，采用先進控制策略，實施計算機二級優化控制。目前石化企業DCS應用多數仍處于前者。

燕山石化公司1983年引進CENTUM-A系統對12個乙烯裂解爐進行自控改造，DCS實現了爐管出口溫度控制、乙烷裂解爐油壓超馳控制和在線清焦自動控制。1987年以CENTUM-B系統為下位機，DEADE計算機為上位機，用于控制節能技術改造后的BA-109、BA-110兩臺裂解爐和乙炔加氫反應器，實施二級計算機優化操作。裂解爐控制，選擇4個爐出口溫度之一，通過調節側壁和底部燃料量控制溫度，側壁和底部燃料量與強制通風量實行比率控制，進料量和稀釋蒸汽量也實行比率控制。在此基礎上，計算機優化控制方案對流量調節器實施SPC監督控制。控制目標為：

維持裂解爐系統安全運行。

維持所希望的最佳轉化率，使各組爐管之間溫差最小。

維持合理的進料油氣比。

維持所要求的總投油量。

通過氧量控制，維持理想的空燃比，使熱損失最小。

1991年該公司新建成0號裂解爐，使用CENTUM-B系統監控生產過程。應用軟件由該公司和北京市儀表局成套公司合作開發，綜合了DECADE 計算機裂解爐控制方案（美國SIMCON公司）、遼陽乙烯裂解爐CENTUM高級控制方案（法國石油公司）、盤錦乙烯裂解爐CENTUM高級控制方案（日本東洋工程公司）以及國外大型鍋爐ABC （AUTOMATIC BOILER CONTROR）控制方案的技術特點，設計了0號裂解爐高級控制方案。建立裂解爐解耦控制模型，設計了總進料量和裂解爐出口溫度（COT）偏差控制（含進料量和稀釋蒸汽的交叉控制、最小稀釋蒸汽量控制、總進料量控制）、深度和 COT控制、雙交叉限幅燃燒控制、煙道氣殘氧含量控制、巴期夫在線清焦程序控制。這些高級控制回路達到的目標為COT偏差在1℃以內，穩定總進料量、煙道氣氧含量2～3%，保持爐熱效率93%左右，穩定裂解爐爐轉化度提高三烯收率，大大提高了乙烯裝置的綜合效益。

揚子石化公司、齊魯石化公司、上海石化總廠三套30萬噸/年乙烯裝置、DCS和應用軟件均引進國外設備和技術。大慶石化總廠新擴建的H號裂解爐的控制裝備采用CENTUM-B系統，引進了13套高級控制應用軟件，這些應用軟件均以提高三烯收率為目的。

5.聚氯乙烯（PVC）裝置中DCS的應用情況

我國PVC生產有國產裝置，也有引進裝置，全國有60多個生產廠。有乙炔與氯化氫反應生產法和乙烯氧氯化法兩種流程。根據所掌握資料統計，有14個 PVC裝置上使用DCS。PVC聚合屬間歇生產過程，主要是原料配比、加料、升溫、聚合、出料邏輯順序控制、聚合釜溫度壓力控制和后處理分離、精制控制。

在PVC生產過程中，順序控制占有很在比重，有近百個切斷閥，幾十個泵、馬達、開關按照不同的生產要求和時間順序啟動關閉。DCS控制單元同時具有反饋模擬控制的順序控制。PVC生產可以根據市場需求，調整配方生產多品種多型號的產品。因配方改變控制方案隨之改變。裝置的生產靈活性也是間歇過程特有的要求。DCS豐富的計算功能、邏輯功能和通訊能力，為PVC多品種生產提供了便利。

PVC聚合溫度按照嚴格的溫度曲線實行控制，DCS邏輯功能和反饋控制的巧妙結合，將聚合溫度偏差控制在0.02～0.06℃范圍內，同時方便了操作，保證了產品質量。隨著DCS在PVC生產中的應用不斷擴大，一些優化控制軟件也應運而生。