一、概述

我國采用計(jì)算機(jī)控制石油化工生產(chǎn)過程的開發(fā)研究工作從６０年代中期就已開始，首先在化肥、煉油等行業(yè)開展計(jì)算機(jī)過程控制研究，集中科研、生產(chǎn)和院校的專業(yè)人才，確定依托工程，對化工對象特性、參數(shù)關(guān)聯(lián)、儀表和控制裝置、數(shù)據(jù)采集與處理；ＤＤＣ控制的研究均取得了階段性成果，培養(yǎng)了一批自控儀表和計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，并有幾個試驗(yàn)現(xiàn)場工業(yè)控制機(jī)投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)巡回檢測、制表打印、ＤＤＣ控制。由于實(shí)施計(jì)算機(jī)集中控制，因此將過程控制危險也集中了，加之當(dāng)時的工業(yè)控制機(jī)無法現(xiàn)場長周期運(yùn)行，直至７０年代初我國化工過程計(jì)算機(jī)控制和世界其它國家一樣仍停滯不前。１９７５年美國霍尼韋爾公司研制的ＴＤＣ——２０００系統(tǒng)開始用于生產(chǎn)過程控制。這種集散系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的集中管理與分散控制，對提高回路品質(zhì)、安全穩(wěn)定生產(chǎn)及加強(qiáng)生產(chǎn)管理都顯示出了優(yōu)越性。從１９７８年起，我國石油化工幾家企業(yè)開始與國外ＤＣＳ生產(chǎn)制造廠商簽約引進(jìn)ＤＣＳ。１９８１年吉化公司化肥廠在合成氨車間率先采用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)過程，１９８３年完成了９個氨合成塔機(jī)組的控制。１９８３年燕山石化公司前進(jìn)化工廠引進(jìn)ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)改造１２臺乙烯裂解爐的生產(chǎn)控制。與此同時，高橋石化公司煉油廠引進(jìn)ＳＰＥＣＴＵＭ系統(tǒng)也在常減壓裝置中投入運(yùn)行。

８０年代我國石油化學(xué)工業(yè)用ＤＣＳ實(shí)施過程控制，經(jīng)歷了從ＤＣＳ應(yīng)用試驗(yàn)階段（１９８５年以前）到推廣應(yīng)用階段（１９８５年以后），這是ＤＣＳ應(yīng)用迅速發(fā)展的十年。各級企業(yè)決策者對企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，走科技興廠之路的認(rèn)識逐步深化，紛紛購買單回路調(diào)節(jié)器和ＤＣＳ，取代落后的模擬控制儀表。據(jù)我們掌握資料和信息統(tǒng)計(jì)，目前我國化肥、煉油、乙烯、化纖、氯堿行業(yè)已經(jīng)有２００套ＤＣＳ投入使用。與此同時，各科研單位、大專院校與安裝使用ＤＣＳ的企業(yè)聯(lián)合，用現(xiàn)代控制理論開發(fā)化工對象特性，建立數(shù)學(xué)模型，研究開發(fā)了一些高級控制軟件、操作優(yōu)化軟件和專家系統(tǒng)，并以ＤＣＳ為工具，在工業(yè)裝置中試驗(yàn)并投入使用。ＤＣＳ應(yīng)用的迅速發(fā)展，使我國石油化工自動化技術(shù)有了長足進(jìn)步，大大提高了生產(chǎn)自動化水平，對安全穩(wěn)定生產(chǎn)，提高控制精度，節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用。下面對我國ＤＣＳ在石油化工中的應(yīng)用情況、問題、發(fā)展作簡要概述。

二、ＤＣＳ在我國石油化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用情況

１．ＤＣＳ在我國大型氨廠的應(yīng)用情況

我國從７０年代中期至今已經(jīng)建成投產(chǎn)的大型氨廠（含３０萬砘氨／年和２０萬噸氨／年）共計(jì)２２個，其中有兩套國產(chǎn)化裝置和２０套引進(jìn)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(tǒng)對合成氨生產(chǎn)自控改造開始，大型氨廠ＤＣＳ應(yīng)用歷經(jīng)１０年，現(xiàn)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(yīng)用軟件開發(fā)應(yīng)用上也成績顯著，表現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

（１）普及推廣了四套節(jié)能控制系統(tǒng)四套節(jié)能控制系統(tǒng)指氣頭廠合成氨生產(chǎn)過程的水碳比值控制系統(tǒng)（控制原料氣ＣＨ［，４］量和蒸汽量）、氫氮比控制系統(tǒng)（控制空氣量）、一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度控制系統(tǒng)（控制燃料量）、馳放氣組分壓力控制系統(tǒng)（控制馳放氣量）。四套控制系統(tǒng)是８０年代初，川化、盧天化、云天化等企業(yè)研究開發(fā)，在此基礎(chǔ)上，各廠采用ＤＣＳ以后，又把它們不斷完善創(chuàng)新，現(xiàn)已普及，對穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)能降耗帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如川化年增產(chǎn)合成氨５４３５．１噸，年節(jié)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(chǎn)氨１．１５％。滄化每噸氨能耗下降０．２９３百萬大卡，增產(chǎn)２．９％。以石腦油或渣油為原料的各家氨廠開發(fā)的以爐溫（或出爐氣體成份）為主環(huán)，以氧油比、蒸汽油比比值調(diào)節(jié)為副環(huán)節(jié)能控制回路，別具風(fēng)格，應(yīng)用后效益顯著。

（２）在尿素裝置上采用多變量先進(jìn)控制（ＭＵＶＡＣ）ＭＵＶＡＣ的基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)是找出尿素生產(chǎn)過程中關(guān)鍵參數(shù)之間的相互聯(lián)系，依靠ＤＣＳ控制裝置，用串級、前饋、比值、均勻、超馳、增益自適應(yīng)ＰＩＤ等控制策略，使得關(guān)鍵參數(shù)變化時，其它參數(shù)隨之自動調(diào)整，盡量減少人為干擾，從而達(dá)到安全穩(wěn)定，節(jié)能增產(chǎn)的目的。該項(xiàng)技術(shù)首先在大慶化肥廠實(shí)現(xiàn)，取得滿意效果，目前滄化、遼化等也在實(shí)施中。

（３）操作優(yōu)化四川化工總廠承擔(dān)了“七五”國家科技攻關(guān)課題“合成氨裝置生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制”，用ＳＰＥＣＴＲＵＭ系統(tǒng)和ＩＢＭ－ＰＣ／ＸＴ上位機(jī)，對合成氨觸媒溫度、水碳比、氫氮比等回路，經(jīng)過象測試、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)處理，建立單元對象數(shù)學(xué)模型，實(shí)施局部優(yōu)化控制。該項(xiàng)目通過了國家技術(shù)鑒定。這種以兩級計(jì)算機(jī)閉環(huán)優(yōu)化實(shí)施控制系統(tǒng)的研究成功，使我國大型氨廠計(jì)算機(jī)控制水平處于世界領(lǐng)先地位。

２．ＤＣＳ在我國中型氨廠的應(yīng)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(shù)在６０年代和７０年代建廠，通過改造擴(kuò)建，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，是我國氮肥行業(yè)的中堅(jiān)。自從１９８１年吉化化肥廠使用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)實(shí)施自控改造以后，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的熱潮興起，中型氨廠ＤＣＳ應(yīng)用發(fā)展迅速。根據(jù)１９９２年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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(fā)展史上的飛躍時期。中型氨廠ＤＣＳ應(yīng)用按照裝置小容量多機(jī)組的工藝特點(diǎn)，基本是在一個車間安裝一套ＤＣＳ，操作站設(shè)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(qiáng)管理，在調(diào)度室安裝了操作站ＣＲＴ顯示屏。其控制規(guī)模為：模擬量輸入１００～１５０點(diǎn)，開關(guān)量３０～５０點(diǎn)，控制回路３０～４０個。全流程過程控制共計(jì)研究開發(fā)了２０個節(jié)能控制系統(tǒng)，并用ＤＣＳ控制。２０個控制系統(tǒng)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(fā)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(fù)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(tǒng)和上位機(jī)，對合成塔觸媒層溫度、循環(huán)氣吹除、Ｈ［，２］／Ｎ［，２］及負(fù)荷分配等控制回路進(jìn)行二級計(jì)算機(jī)局部優(yōu)化控制進(jìn)行試驗(yàn)，取得成功，并通過技術(shù)鑒定。中型氨廠普遍認(rèn)為：ＤＣＳ投運(yùn)后，減輕了工人勞動強(qiáng)度，改善了操作環(huán)境，穩(wěn)定了工藝生產(chǎn)，提高了操作精度，達(dá)到了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)能降耗的目的。據(jù)調(diào)查各中型氨廠ＤＣＳ應(yīng)用，每套年經(jīng)濟(jì)效益在６０～２００萬元不等。

３．煉油廠ＤＣＳ應(yīng)用情況

自從１９８３年高橋石化公司煉油廠引進(jìn)ＳＰＥＣＴＲＵＭ系統(tǒng)用于常減壓裝置過程控制以來，我國煉油行業(yè)相繼有２０多家企業(yè)用ＤＣＳ進(jìn)行自控改造。高橋石化公司煉油廠與浙江大學(xué)合作，以ＤＣＳ、單回路調(diào)節(jié)器和ＦＯＸ－３００、ＩＢＭ－Ｓ／Ｉ為上位機(jī)，在不同的裝置上建立數(shù)學(xué)模型，開發(fā)專家系統(tǒng)，實(shí)施局域優(yōu)化控制，取得了３１４萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

廣州石化總廠煉油廠與北京石油化工科學(xué)院合作，在ＰＲＯＯＶＯＸ系統(tǒng)的上位機(jī)ＨＰ１０００Ａ７００上用ＦＯＲＴＲＡＮ語言開發(fā)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(shí)施ＬＱＧ自校正控制。ＬＱＧ自校正算法通常適用于被控對象結(jié)構(gòu)已知，但參數(shù)未知的情況。自校正系統(tǒng)將在線辨識和控制器的設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，在運(yùn)行過程中，首先進(jìn)行參數(shù)辨識，然后根據(jù)辨識結(jié)果修改控制器參數(shù)，達(dá)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(jīng)濟(jì)效益達(dá)５０萬元。大連石油化工公司，在蒸餾裝置上使用ＯＰＴＲＯＬ７０００上位機(jī)和ＳＰＥＣＴＲＵＭ系統(tǒng)，引進(jìn)美國通用自動化公司（ＡＡＩ）的先進(jìn)控制軟件。主要是一些先進(jìn)的控制應(yīng)用程序，如：原油預(yù)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(diǎn)計(jì)算是ＡＡＩ公司的專有技術(shù)，與廠方合作開發(fā)了初餾塔、常壓塔、減壓塔分餾點(diǎn)控制程序。分餾點(diǎn)計(jì)算是根據(jù)已知原油實(shí)沸點(diǎn)（ＴＢＰ）曲線和塔的各傾線產(chǎn)品的實(shí)沸點(diǎn)曲線，實(shí)時采集塔的各部溫度、壓力、進(jìn)塔出塔物流的流量等參數(shù)、將塔分段，進(jìn)行各段上的物料平衡、熱平衡計(jì)算，得到塔內(nèi)的液相流量和汽相流量，從而算出抽出產(chǎn)品的分餾點(diǎn)。分餾點(diǎn)計(jì)算在系統(tǒng)程序中每１０秒鐘運(yùn)行一次，比在線分析儀表快，使調(diào)節(jié)質(zhì)量得到改善，在計(jì)算出分餾點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)間通訊方式，修改ＤＣＳ系統(tǒng)中相關(guān)傾線流量控制模塊的給定值，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制（ＳＰＣ）。

加熱爐出口溫度控制是由基本控制器（ＵＣＭ）進(jìn)行。用上位機(jī)對爐膛溫度進(jìn)行實(shí)時計(jì)算，求出一個較為理想的真實(shí)爐膛溫度，輸出給ＵＣＭ，從而實(shí)現(xiàn)了爐出口溫度與爐膛溫度串級調(diào)節(jié)。由于爐膛溫度的反應(yīng)比爐出口溫度快，所以在實(shí)際應(yīng)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(jié)能顯著的控制系統(tǒng)，各ＤＣＳ應(yīng)用企業(yè)都開發(fā)了應(yīng)用軟件。有的根據(jù)煙道氯氧含量進(jìn)行燃燒熱效率計(jì)算和顯示，再根據(jù)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(dá)到節(jié)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(tǒng)，不僅進(jìn)行常規(guī)控制，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程操作優(yōu)化，并且將ＤＣＳ與生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)ＶＡＸ８３５０通迅聯(lián)網(wǎng)，２＃裝置ＤＣＳ過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已成為全廠信息管理系統(tǒng)（ＭＩＳ）的一部分。

我國應(yīng)用ＤＣＳ的煉油廠，除在常減壓裝置實(shí)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(diào)合等方面均開發(fā)了節(jié)能顯著的復(fù)雜控制系統(tǒng)，在此不予贅述。

４．ＤＣＳ在乙烯裝置上的應(yīng)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(chǎn)各類石油化工產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)化工廠乙烯裂解裝置采用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)進(jìn)行自控改造至今，已有１４家企７６套ＤＣＳ用于生產(chǎn)過程控制，可見ＤＣＳ在石化企業(yè)中推廣應(yīng)用之快、應(yīng)用數(shù)量之多,為各行業(yè)之首。從石化企業(yè)十年ＤＣＳ應(yīng)用情況來看，一般分為二步實(shí)施。第一步使用ＤＣＳ改善常規(guī)調(diào)節(jié)控制品質(zhì)，滿足生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行，為高層次應(yīng)用開發(fā)打下基礎(chǔ)。第二步通過現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，機(jī)理模型的研究，開發(fā)優(yōu)化操作應(yīng)用軟件、專家系統(tǒng)等，采用先進(jìn)控制策略，實(shí)施計(jì)算機(jī)二級優(yōu)化控制。目前石化企業(yè)ＤＣＳ應(yīng)用多數(shù)仍處于前者。

燕山石化公司１９８３年引進(jìn)ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)對１２個乙烯裂解爐進(jìn)行自控改造，ＤＣＳ實(shí)現(xiàn)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(tǒng)為下位機(jī)，ＤＥＡＤＥ計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，用于控制節(jié)能技術(shù)改造后的ＢＡ－１０９、ＢＡ－１１０兩臺裂解爐和乙炔加氫反應(yīng)器，實(shí)施二級計(jì)算機(jī)優(yōu)化操作。裂解爐控制，選擇４個爐出口溫度之一，通過調(diào)節(jié)側(cè)壁和底部燃料量控制溫度，側(cè)壁和底部燃料量與強(qiáng)制通風(fēng)量實(shí)行比率控制，進(jìn)料量和稀釋蒸汽量也實(shí)行比率控制。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制方案對流量調(diào)節(jié)器實(shí)施ＳＰＣ監(jiān)督控制。控制目標(biāo)為：?維持裂解爐系統(tǒng)安全運(yùn)行。?維持所希望的最佳轉(zhuǎn)化率，使各組爐管之間溫差最小。?維持合理的進(jìn)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(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)過程。應(yīng)用軟件由該公司和北京市儀表局成套公司合作開發(fā)，綜合了ＤＥＣＡＤＥ計(jì)算機(jī)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（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＢＯＩＬＥＲＣＯＮＴＲＯＲ）控制方案的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了０號裂解爐高級控制方案。建立裂解爐解耦控制模型，設(shè)計(jì)了總進(jìn)料量和裂解爐出口溫度（ＣＯＴ）偏差控制（含進(jìn)料量和稀釋蒸汽的交叉控制、最小稀釋蒸汽量控制、總進(jìn)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(dá)到的目標(biāo)為ＣＯＴ偏差在１℃以內(nèi)，穩(wěn)定總進(jìn)料量、煙道氣氧含量２～３％，保持爐熱效率９３％左右，穩(wěn)定裂解爐爐轉(zhuǎn)化度提高三烯收率，大大提高了乙烯裝置的綜合效益。揚(yáng)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(yīng)用軟件均引進(jìn)國外設(shè)備和技術(shù)。大慶石化總廠新擴(kuò)建的Ｈ號裂解爐的控制裝備采用ＣＥＮＴＵＭ－Ｂ系統(tǒng)，引進(jìn)了１３套高級控制應(yīng)用軟件，這些應(yīng)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(yīng)用情況

我國ＰＶＣ生產(chǎn)有國產(chǎn)裝置，也有引進(jìn)裝置，全國有６０多個生產(chǎn)廠。有乙炔與氯化氫反應(yīng)生產(chǎn)法和乙烯氧氯化法兩種流程。根據(jù)所掌握資料統(tǒng)計(jì)，有１４個ＰＶＣ裝置上使用ＤＣＳ。ＰＶＣ聚合屬間歇生產(chǎn)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(chǎn)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(dá)、開關(guān)按照不同的生產(chǎn)要求和時間順序啟動關(guān)閉。ＤＣＳ控制單元同時具有反饋模擬控制的順序控制。ＰＶＣ生產(chǎn)可以根據(jù)市場需求，調(diào)整配方生產(chǎn)多品種多型號的產(chǎn)品。因配方改變控制方案隨之改變。裝置的生產(chǎn)靈活性也是間歇過程特有的要求。ＤＣＳ豐富的計(jì)算功能、邏輯功能和通訊能力，為ＰＶＣ多品種生產(chǎn)提供了便利。ＰＶＣ聚合溫度按照嚴(yán)格的溫度曲線實(shí)行控制，ＤＣＳ邏輯功能和反饋控制的巧妙結(jié)合，將聚合溫度偏差控制在０．０２～０．０６℃范圍內(nèi)，同時方便了操作，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。隨著ＤＣＳ在ＰＶＣ生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，一些優(yōu)化控制軟件也應(yīng)運(yùn)而生。