DCS在我国石油化学工业中应用情况

1.DCS在我国大型氨厂的应用情况

我国从70年代中期至今已经建成投产的大型氨厂（含30万砘氨/年和20万吨氨/年）共计22个，其中有两套国产化装置和20套引进装置，“八五”在建的装置10套。从1984年云南天然气化工厂使用TDC-3000BASIC系统对合成氨生产自控改造开始，大型氨厂DCS应用历经10年，现在有19个厂在合成、尿素、水处理、普里森等装置中使用了35套DCS，仅剩下宁夏化肥厂、湖北化肥厂、山西化肥厂仍沿用模拟仪表控制。

在应用软件开发应用上也成绩显著，表现如下几点：

（1）普及推广了四套节能控制系统

四套节能控制系统指气头厂合成氨生产过程的水碳比值控制系统（控制原料气CH[，4]量和蒸汽量）、氢氮比控制系统（控制空气量）、一段转化炉出口温度控制系统（控制燃料量）、驰放气组分压力控制系统（控制驰放气量）。四套控制系统是 80年代初，川化、卢天化、云天化等企业研究开发，在此基础上，各厂采用DCS以后，又把它们不断完善创新，现已普及，对稳定生产，节能降耗带来了明显的经济效益。如川化年增产合成氨5435.1吨，年节约天然气604.8万立方米。卢天化在相同原料气消耗条件下可增产氨1.15%。沧化每吨氨能耗下降 0.293百万大卡，增产2.9%。

以石脑油或渣油为原料的各家氨厂开发的以炉温（或出炉气体成份）为主环，以氧油比、蒸汽油比比值调节为副环节能控制回路，别具风格，应用后效益显著。

（2）在尿素装置上采用多变量先进控制（MUVAC）

MUVAC的基础出发点是找出尿素生产过程中关键参数之间的相互联系，依靠DCS控制装置，用串级、前馈、比值、均匀、超驰、增益自适应PID等控制策略，使得关键参数变化时，其它参数随之自动调整，尽量减少人为干扰，从而达到安全稳定，节能增产的目的。该项技术首先在大庆化肥厂实现，取得满意效果，目前沧化、辽化等也在实施中。

（3）操作优化

四川化工总厂承担了“七五”国家科技攻关课题“合成氨装置生产过程计算机控”，用SPECTRUM系统和IBM-PC/XT上位机，对合成氨触媒温度、水碳比、氢氮比等回路，经过象测试、工艺参数数据处理，建立单元对象数学模型，实施局部优化控制。该项目通过了国家技术鉴定。这种以两级计算机闭环优化实施控制系统的研究成功，使我国大型氨厂计算机控制水平处于世界领先地位。

2.DCS在我国中型氨厂的应用情况

我国共有中型氨厂55个，其中以油、气为原料的21个，以煤为原料的34个。这些氨厂多数在60年代和70年代建厂，通过改造扩建，生产规模不断扩大，是我国氮肥行业的中坚。自从1981年吉化化肥厂使用CENTUM-A系统实施自控改造以后，使用计算机技术改造传统产业的热潮兴起，中型氨厂DCS应用发展迅速。根据1992年调查统计，已有27家中型氨厂购买安装了37套不同型号的DCS，有近50%中型氨厂使用DCS，可见80年代是我国中型氨厂自控发展史上的飞跃时期。

中型氨厂DCS应用按照装置小容量多机组的工艺特点，基本是在一个车间安装一套DCS，操作站设置在车间控制室，分别在造气、变换、合成、尿素等车间使用，个别厂为了加强管理，在调度室安装了操作站CRT显示屏。其控制规模为：模拟量输入100～150点，开关量 30～50点，控制回路30～40个。全流程过程控制共计研究开发了20个节能控制系统，并用DCS控制。20个控制系统是：煤造气自动顺序控制、重油气化炉带温度（或出口气成份）校正的双交叉限幅氧油比控制、煤造气炉蒸汽流量控制、油气化炉自动开停车顺序控制、饱和热水塔出口温度极值控制、氢氮比控制、氨合成塔触媒层温度控制、惰性气体-压力超驰控制、氨蒸发器出口温度-液面超驰控制、三大高压液位控制、氨合成塔群负荷分配控制、尿素合成塔NH[，3]/CO[，2]控制、H[，2]O/CO控制、脱碳塔O[，2]/CO[，2]控制、空分装置顺序控制。

兰化公司化肥厂用ICC-6000系统和上位机，对合成塔触媒层温度、循环气吹除、H[，2]/N[，2]及负荷分配等控制回路进行二级计算机局部优化控制进行试验，取得成功，并通过技术鉴定。

中型氨厂普遍认为：DCS投运后，减轻了工人劳动强度，改善了操作环境，稳定了工艺生产，提高了操作精度，达到了装置安全稳定运行，节能降耗的目的。据调查各中型氨厂DCS应用，每套年经济效益在60～200万元不等。

3.炼油厂DCS应用情况

自从1983年高桥石化公司炼油厂引进SPECTRUM系统用于常减压装置过程控制以来，我国炼油行业相继有20多家企业用DCS进行自控改造。高桥石化公司炼油厂与浙江大学合作，以DCS、单回路调节器和FOX-300、IBM-S/I为上位机，在不同的装置上建立数学模型，开发专家系统，实施局域优化控制，取得了314万元的经济效益。

广州石化总厂炼油厂与北京石油化工科学院合作，在PROOVOX系统的上位机HP1000A700上用FORTRAN语言开发了LQG自校正控制软件，于1988年投入使用。它可以作为DCS的一个通用控制模块，对DCS管理之下的多个控制回路实施LQG自校正控制。LQG自校正算法通常适用于被控对象结构已知，但参数未知的情况。自校正系统将在线辨识和控制器的设计有机地结合起来，在运行过程中，首先进行参数辨识，然后根据辨识结果修改控制器参数，达到消除干扰之目的。LQG自校正控制软件，用于常压塔塔顶温度控制，年经济效益达50万元。

大连石油化工公司，在蒸馏装置上使用OPTROL7000上位机和SPECTRUM系统，引进美国通用自动化公司（AAI）的先进控制软件。主要是一些先进的控制应用程序，如：原油预热控制程序FO、加热炉支路平衡及燃烧控制程序F1F2F3、初馏塔控制程序TOWERA、减压塔控制程序 TOWERC，。分馏点计算是AAI公司的专有技术，与厂方合作开发了初馏塔、常压塔、减压塔分馏点控制程序。分馏点计算是根据已知原油实沸点（TBP） 曲线和塔的各倾线产品的实沸点曲线，实时采集塔的各部温度、压力、进塔出塔物流的流量等参数、将塔分段，进行各段上的物料平衡、热平衡计算，得到塔内的液相流量和汽相流量，从而算出抽出产品的分馏点。分馏点计算在系统程序中每10秒钟运行一次，比在线分析仪表快，使调节质量得到改善，在计算出分馏点的基础上，以计算机间通讯方式，修改DCS系统中相关倾线流量控制模块的给定值，从而实现先进控制（SPC）。

加热炉出口温度控制是由基本控制器（UCM）进行。用上位机对炉膛温度进行实时计算，求出一个较为理想的真实炉膛温度，输出给UCM，从而实现了炉出口温度与炉膛温度串级调节。由于炉膛温度的反应比炉出口温度快，所以在实际应用上大大改善了出口温度控制效果。

大型加热炉燃烧控制是节能显著的控制系统，各DCS应用企业都开发了应用软件。有的根据烟道氯氧含量进行燃烧热效率计算和显示，再根据氧含量和算出的热效率去控制入炉空气量，保持低残氧燃烧，以达到节能的目的。

兰州炼油化工总厂2#常减压装置采用了I/A.S系统，不仅进行常规控制，还实现了生产过程操作优化，并且将DCS与生产管理计算机VAX8350通迅联网，2#装置DCS过程控制计算机系统已成为全厂信息管理系统（MIS）的一部分。

我国应用DCS的炼油厂，除在常减压装置实施DCS高级软件控制外，在催化裂化、催化重整、加氢精制、油品调合等方面均开发了节能显著的复杂控制系统，在此不予赘述。

4.DCS在乙烯装置上的应用情况

典型的石化工工艺是以石油为原料，通过初初馏、裂解、分离、聚合等工艺过程生产各类石油化工产品，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、合成橡校、乙二醇、丙烯腈、聚脂等。我国建成投产的20多个乙烯厂均为典型的石油化工工艺。自从1983年燕山石化公司前进化工厂乙烯裂解装置采用CENTUM-A系统进行自控改造至今，已有14家企业76套DCS用于生产过程控制，可见DCS在石化企业中推广应用之快、应用数量之多为各行业之首。从石化企业十年DCS应用情况来看，一般分为二步实施。第一步使用DCS改善常规调节控制品质，满足生产的安全、稳定、长周期运行，为高层次应用开发打下基础。第二步通过现代控制理论的应用，机理模型的研究，开发优化操作应用软件、专家系统等，采用先进控制策略，实施计算机二级优化控制。目前石化企业DCS应用多数仍处于前者。

燕山石化公司1983年引进CENTUM-A系统对12个乙烯裂解炉进行自控改造，DCS实现了炉管出口温度控制、乙烷裂解炉油压超驰控制和在线清焦自动控制。1987年以CENTUM-B系统为下位机，DEADE计算机为上位机，用于控制节能技术改造后的BA-109、BA-110两台裂解炉和乙炔加氢反应器，实施二级计算机优化操作。裂解炉控制，选择4个炉出口温度之一，通过调节侧壁和底部燃料量控制温度，侧壁和底部燃料量与强制通风量实行比率控制，进料量和稀释蒸汽量也实行比率控制。在此基础上，计算机优化控制方案对流量调节器实施SPC监督控制。控制目标为：

维持裂解炉系统安全运行。

维持所希望的最佳转化率，使各组炉管之间温差最小。

维持合理的进料油气比。

维持所要求的总投油量。

通过氧量控制，维持理想的空燃比，使热损失最小。

1991年该公司新建成0号裂解炉，使用CENTUM-B系统监控生产过程。应用软件由该公司和北京市仪表局成套公司合作开发，综合了DECADE 计算机裂解炉控制方案（美国SIMCON公司）、辽阳乙烯裂解炉CENTUM高级控制方案（法国石油公司）、盘锦乙烯裂解炉CENTUM高级控制方案（日本东洋工程公司）以及国外大型锅炉ABC （AUTOMATIC BOILER CONTROR）控制方案的技术特点，设计了0号裂解炉高级控制方案。建立裂解炉解耦控制模型，设计了总进料量和裂解炉出口温度（COT）偏差控制（含进料量和稀释蒸汽的交叉控制、最小稀释蒸汽量控制、总进料量控制）、深度和 COT控制、双交叉限幅燃烧控制、烟道气残氧含量控制、巴期夫在线清焦程序控制。这些高级控制回路达到的目标为COT偏差在1℃以内，稳定总进料量、烟道气氧含量2～3%，保持炉热效率93%左右，稳定裂解炉炉转化度提高三烯收率，大大提高了乙烯装置的综合效益。

扬子石化公司、齐鲁石化公司、上海石化总厂三套30万吨/年乙烯装置、DCS和应用软件均引进国外设备和技术。大庆石化总厂新扩建的H号裂解炉的控制装备采用CENTUM-B系统，引进了13套高级控制应用软件，这些应用软件均以提高三烯收率为目的。

5.聚氯乙烯（PVC）装置中DCS的应用情况

我国PVC生产有国产装置，也有引进装置，全国有60多个生产厂。有乙炔与氯化氢反应生产法和乙烯氧氯化法两种流程。根据所掌握资料统计，有14个 PVC装置上使用DCS。PVC聚合属间歇生产过程，主要是原料配比、加料、升温、聚合、出料逻辑顺序控制、聚合釜温度压力控制和后处理分离、精制控制。

在PVC生产过程中，顺序控制占有很在比重，有近百个切断阀，几十个泵、马达、开关按照不同的生产要求和时间顺序启动关闭。DCS控制单元同时具有反馈模拟控制的顺序控制。PVC生产可以根据市场需求，调整配方生产多品种多型号的产品。因配方改变控制方案随之改变。装置的生产灵活性也是间歇过程特有的要求。DCS丰富的计算功能、逻辑功能和通讯能力，为PVC多品种生产提供了便利。

PVC聚合温度按照严格的温度曲线实行控制，DCS逻辑功能和反馈控制的巧妙结合，将聚合温度偏差控制在0.02～0.06℃范围内，同时方便了操作，保证了产品质量。随着DCS在PVC生产中的应用不断扩大，一些优化控制软件也应运而生。