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全流程控制为智能工厂筑基——记中国石化联合会科技进步一等奖“大型石化装置智能控制关键技术”

更新时间:2019-05-16 10:52

  

  不久前,一位山东地方炼厂自动化部门的负责人对记者表示,公司正在进行w66利来国际娱乐智能化升级改造,各种各样的信息化服务商纷来沓至。他们提供的技术不可谓不先进、不智能,但他感觉没有达到预期的效果,改来改去,生产装置自控率并没有多大提高,工艺参数波动大、安全报警频繁、操作工手忙脚乱的现象依然存在。

  这位负责人的困惑反映出的是我国石化企业一大痛点——石化装置全流程智能控制水平亟待提升。12月3日,中国石油和化学工业联合会科学技术奖在北京颁奖,北京世纪隆博科技有限责任公司开发的大型石化装置智能控制关键技术与应用项目获得了科技进步一等奖。这项技术给国内化企带来了解决方案。

  抓住智能控制牛鼻子

  智能控制是石化产业实现智能制造转型升级的重要基础。上世纪90年代,国内少数企业开始石油化工领域先进控制技术的研发工作,但由于研发起步较晚,相关科技人员匮乏,投入资金不足,导致国内的石油化工控制技术与国外技术相比,存在很大差距。

  20多年来,国际过程控制领域的专家们在这个基础又关键的环节并没有给出令人满意的解决方案。DCS在石化企业已经大规模普及应用,但其控制回路基本采用PID控制,DCS仅仅取代了常规仪表功能,未充分发挥DCS优势。这主要是由于石化生产具有工艺复杂、流程长、高温高压、易燃易爆、工况多变、运行状态调整频繁的特点,一个千万吨级的炼化企业其装置控制回路成千上万,仅一套60万吨/年的乙烯装置控制回路就多达600多个,要使每个回路都达到精准控制且实现动态平衡,谈何容易。

  自动化控制缺失或不投用已经成为制约石化行业智能化升级的最大瓶颈。与此同时,行业中还有个误区,许多人以为,只要上了DCS生产就能实现自动化,就能解决PID整定问题。事实上,目前,APC(先进控制)与RTO(实时优化)虽然可以解决部分多变量的问题,但局限性强,应用范围有限。

  开发基于过程控制层的智能化技术具有重要的现实意义,同时也是智能工厂建设的重要基础。

  形成团队攻克世界难题

  针对这一痛点,国内石油化工智能控制领域知名学者潘立登教授开展了大量过程控制层智能控制的研究工作,在几十年技术沉淀的基础上,建立了融合多学科交叉的智能内模控制理论。他带领技术团队用了3年时间,解决了中石油克拉玛依石化公司常减压装置PID整定难题,技术成果于1999年在克拉玛依石化公司投用,效果良好。在帮助企业解决过程控制问题的过程中,理论得到进一步验证和完善,研发团队在过程控制及优化领域形成了过程建模及控制的核心理论体系,并完成了《先进控制与优化控制及应用》等7部专著。

  北京世纪隆博科技有限责任公司在潘立登教授研究的基础上,针对过程控制层的智能化继续开展深入研究,开发了智能建模及智能控制等关键技术,实现了石化生产过程自适应、自学习、自优化、安全可靠的智能控制,在石化装置控制领域填补了多项国内外空白,形成专利 31 项,软件著作权 31 项。

  经过十几年的辛勤耕耘,世纪隆博在石油化工智能控制领域已经成为了行业中领跑者。其核心技术Robust-IC全流程智能控制系统解决了困扰控制界多年的PID整定难题,实现了全装置控制回路精准控制。该系统还解决了生产装置中多变量、非线性、强耦合、纯滞后、间歇式和连续式控制并存、多约束和多目标调控等世界性技术难题,突破了传统APC难以长期应用的技术瓶颈,引领石化行业智能控制系统迈进了一个崭新的时代。

  由中科院院士孙优贤、陈丙珍等11位专家组成的鉴定专家委员会形成的成果鉴定意见认为,该项成果整体技术国际先进,其中智能内部模型集PID控制、智能变参数非线性区域控制、烽燧控制等技术达到国际领先水平。

  成效显著硕果累累

  9月27日上午,习近平总书记到辽阳石化考察,鼓励辽阳石化不断自我完善和发展,继续做强做优做大;10月3日,央视大型直播新闻节目《江山如此多娇》展示了辽阳石化公司俄罗斯原油加工优化增效改造项目:一个占地有51个足球场那么大的千万吨级的炼化企业,中控室的操作员每班只有25名。通过231个在线摄像头和高速网络实时数据库,他们挪动鼠标、敲击键盘,就能完成对原油加工的全流程操控。

  这让辽阳石化1.33万名职工感到鼓舞和振奋,有着同样感受的还有世纪隆博的员工,他们心里最清楚,这个项目全部装置全流程智能操控成就的背后,离不开他们的努力与付出。

  世纪隆博2010年开始与辽阳石化合作,利用自主开发的智能控制技术将辽阳石化加氢精制及加氢裂化装置的自控率和平稳率提高到98%以上,加氢精制装置能耗由16.23降低到14.16千克标油/吨原料。

  2018年辽阳石化继续与世纪隆博合作,完成了千万吨原油加工优化增效改造项目的11套装置智能控制项目。2018年9月20日,备受瞩目的辽阳石化俄罗斯原油加工优化增效改造项目实现了全流程贯通,一次开车成功,大幅提高了辽阳石化的原油加工创效能力,对推进公司的产业转型升级、实现更好的经济效益发挥着重要作用。

  此外,这项智能控制技术还在大庆石化、抚顺石化、吉林石化等石化企业以及煤化工企业的几十套生产装置成功应用,都取得了良好的效果。其中,60万吨/年国产化乙烯装置能耗降低了40.12千克标油/吨乙烯,石脑油炉和乙烷炉双烯收率分别提高0.52%、1.99%;催化裂化装置收率平均提高3.17%,能耗平均降低9.2千克标油/吨原料。

  2012年至今,几家采用该技术的石化企业累计新增销售额33.96亿元,新增利润18.73亿元。

  ○链接

  智能控制关键技术主要创新点

  1.首次提出了基于工业大数据在线自学习、自校正智能建模方法,在闭环条件下直接建立过程对象的连续传递函数模型,实现了全流程在线连续智能精准建模,精度达 95%以上。

  2.原创性提出了一种将自学习精准模型无缝嵌入PID 的智能控制方法,开发了自有的智能内部模型集控制技术及Robust IMSC控制器,把传统PID控制升级为智能控制,自控率99%,平稳率100%,实现了全流程控制层智能精准控制。

  3.创新性提出了一种基于智能建模、模糊控制和专家系统的变参数非线性区域智能控制方法,切断装置规模大型化后带来的内部参数自干扰,均方差降低 60%以上。

  4.提出了各变量间多约束、多目标智能动态控制方法,首创多变量智能协调控制技术,破解了大型石化装置多层次、高维度智能建模和多变量、强非线性、强耦合智能控制难题。

  5.首创了基于全系统物料和能量动静态智能平衡的烽燧控制方法,解决了石化生产方案切换及变动过渡时间长、参数波动大、操作难度高等运行难题,对新生产方案可实现一键式智能平稳切换。

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