常減壓裝置實時優化中的先進控制系統提升

——發表於《中外能源》

常減壓裝置因原油性質變化和生產方案調整，會對裝置的生產操作、控制和優化帶來非常大的挑戰。在對某套燃料型5Mt/a的常減壓裝置實施閉環優化的過程中，對基礎控制層和先進控制層（簡稱APC）的控制和優化方法上進行了多方面性能提升，實現了裝置全流程的模擬、控制和優化。該裝置DCS為中控JX300，APC系統軟件採用AVEVA APC及內嵌套的Python編程平台，在線實時優化系統（簡稱RTO)採用ROMeo Online Performance和ROMeo Online Performance Real Time System軟體平台。

動態控制優化與穩態優化的結合選擇分析

裝置在線實時優化系統

是在建立裝置全流程穩態模型後，通過數據整定和更新模型中個設備的參數，按最新經濟效益目標函數和約束條件進行優化求解，之後將多個最優操作參數結果通過DCS傳送到APC系統。APC控制器將優化控制目標作為被控變量(CV)的給定值，通過操作變量(MV)對閥門進行調節，從而實現優化控制。

穩態實時優化系統

主要針對的是過程參數變化較為緩慢的系統，當系統過程參數變化較快時，則需要與動態實時優化系統配合控制。當RTO系統檢測到非穩態不做優化計算，或當前小時級優化週期內沒有考慮最新生產數據和需求的情況下。可利用APC系統秒級/分鐘級運行平台Python編程功能，同時實現實時優化和控制的功能，避免裝置經濟效益流失。

先進控制與閉環實時優化方案選擇

在實施APC系統過程中，可以共享PID參數整定階段獲得的裝置調試參數，作為RTO系統功能的補充，從而使APC系統和RTO系統銜接更好。這有利於分析操作員切除RTO優化目標開關或閉環時切除APC的CV/MV開關的原因，將裝置控制與優化提升緊密結合起來。

AVEVA APC系統控制器建立在DCS上，通過OPC接口實現DCS數據的讀寫操作。通過控制分解爐溫度、煅燒溫度、篦床料層厚度和冷卻風量，採用熟料游離鈣軟儀表為連續控制提供依據，進而控制熟料質量。

 常減壓裝置APC與RTO集成

APC系統可以控制和優化的內容為常壓爐/減壓爐支路平衡控制、加熱爐燃燒優化控制；RTO系統創造經濟效益主要通過對各側線產品收率，高價值產品收率的控制來體現。

APC控制器設計上要與RTO優化器的優化目標一一對應，優化目標可通過APC控制器的CV、MV制定。對於約束變量，如為關鍵變量，APC和RTO保持一致；如為非關鍵變量，則二者各自分別考慮。相比於區間控制模式，給定點控制模式對APC系統的魯棒性和抗干擾能力提出更高的要求，需要逐個分析現況和需求，從而提升控制和優化效果。

  給定點控制分析優化

APC是按照區間對變量進行控制，在CV超出控制區間後，MV參與調解，目標是將CV控制在被控區間內。給定點控制模式是RTO系統對其優化目標對應CV值控制的關鍵，實現給定點控制的其中一種情況是：給定點控制放大了CV測量信號，模型失配、干擾/耦合對APC控制器產生了一定影響，以上情況增加了控制難度，需要提出新的解決辦法。

為解決上述情況產生的問題，可以對MV施加調節幅度和調節快慢的限制，對給定點控制類型的CV進行數據分析和處理後，靈活配置控制策略。讓APC控制器學習和模仿操作人員的有效操作方式，增加APC控制器模型和參數的自適應能力，提高APC控制器的魯棒性。

學習RTO優化思路

在APC控制器維護階段中，若MV調解區間設置過窄，CV上下限控制範圍過寬，會導致APC控制器對MV控制減弱。在這種情況下，RTO系統在一個小時的優化週期中，可以啟動數據整定和優化計算功能對數據進行分析處理，最終下載到DCS系統傳遞給APC，從而增強APC控制器的控制能力。

在給定點控制實施過程中，還有一種情況是：操作人員認為給定點控制中MV的調節量是乾擾項，從而對MV進行人工操作，影響動態氣液平衡和液位控制。APC系統可以學習RTO的優化思路，針對這種情況，對CV在寬控制區間工況操作點遷移時的動態過程和穩態時間段進行分析，計算其前15min或30min平均值後，根據其優化方向對步幅進行優化。靈活設置該CV的控制區間和權重，使動態變化過程平穩進行，降低波動方差，同時從動態上做到局部優化。

產品質量動態優化

在以往的APC項目實踐中，需要控制CV和MV的上下限，以實現對產品質量的卡邊控制，增加經濟效益。但是在CV控制時，如果其上下限設置過窄，會導致過度強調安全裕度而犧牲經濟效益；如果CV控制區間設置過寬，可能會因為超限而被操作人員強制拉回而造成資源浪費。

為解決以上問題，可以在閉環實時優化項目中，先分析生產操作中工藝參數的優先級和相關性，並進行軟測量建模；之後根據相關變量的約束，定義動態優化的可行性參數；最後，設定產品質量動態優化模塊算法，根據穩態優化目標和操作員給定目標，動態修改相關CV和MV上下限。

在本閉環實時優化項目中，從底層PID控制開始，到RTO系統穩定優化目標以及操作員設置動態目標，APC系統力圖實現裝置精細化控制與優化，提高裝置經濟效益。

如下表對比所示，初頂石腦油、常頂石腦油、常三線柴油以及減四線蠟油的采出量都有了提高，系統提高了汽油、柴油和蠟油高價值產品收率，產生了不錯的經濟效益。其中，混合柴油95%點產品質量的優化相關采出MV為常三線抽出，混合蠟油殘炭產品質量的優化相關采出MV為減四線抽出，減壓渣油采出量從309.60t/h到300.16t/h降低了9.44t/h。

閉環實時優化中APC應用效果

在常減壓裝置閉環實時優化中，面對現場的複雜性，需要APC系統和RTO系統共同努力，將控制與優化、動態優化、穩態優化密切結合起來，這樣可以提高常減壓裝置輕油收率和經濟效益。

參考來源：AVEVA