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22個，其中有兩套國產(chǎn)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(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： （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，別具風格，應(yīng)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(chǔ)出發(fā)點是找出尿素生產(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，從而達到安全穩(wěn)定，節(jié)能增產(chǎn)的目的。該項技術(shù)首先在大慶化肥廠實現(xiàn)，取得滿意效果，目前滄化、遼化等也在實施中。 （3）操作優(yōu)化 四川化工總廠承擔了“七五”國家科技攻關(guān)課題“合成氨裝置生產(chǎn)過程計算機控”，用SPECTRUM系統(tǒng)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(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，實施局部優(yōu)化控制。該項目通過了國家技術(shù)鑒定。這種以兩級計算機閉環(huán)優(yōu)化實施控制系統(tǒng)的研究成功，使我國大型氨廠計算機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，通過改造擴建，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，是我國氮肥行業(yè)的中堅。自從1981年吉化化肥廠使用CENTUM-A系統(tǒng)實施自控改造以后，使用計算機技術(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，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組的工藝特點，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，開關(guān)量 30～50點，控制回路30～40個。全流程過程控制共計研究開發(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，對合成塔觸媒層溫度、循環(huán)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(yōu)化控制進行試驗，取得成功，并通過技術(shù)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(huán)境，穩(wěn)定了工藝生產(chǎn)，提高了操作精度，達到了裝置安全穩(wěn)定運行，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，在不同的裝置上建立數(shù)學(xué)模型，開發(fā)專家系統(tǒng)，實施局域優(yōu)化控制，取得了314萬元的經(jīng)濟效益。 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)計有機地結(jié)合起來，在運行過程中，首先進行參數(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(tǒng)，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(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，。分餾點計算是AAI公司的專有技術(shù)，與廠方合作開發(fā)了初餾塔、常壓塔、減壓塔分餾點控制程序。分餾點計算是根據(jù)已知原油實沸點（TBP） 曲線和塔的各傾線產(chǎn)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(shù)、將塔分段，進行各段上的物料平衡、熱平衡計算，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。分餾點計算在系統(tǒng)程序中每10秒鐘運行一次，比在線分析儀表快，使調(diào)節(jié)質(zhì)量得到改善，在計算出分餾點的基礎(chǔ)上，以計算機間通訊方式，修改DCS系統(tǒng)中相關(guān)傾線流量控制模塊的給定值，從而實現(xiàn)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(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)煙道氯氧含量進行燃燒熱效率計算和顯示，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)，不僅進行常規(guī)控制，還實現(xiàn)了生產(chǎn)過程操作優(yōu)化，并且將DCS與生產(chǎn)管理計算機VAX8350通迅聯(lián)網(wǎng)，2#裝置DCS過程控制計算機系統(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化工廠乙烯裂解裝置采用CENTUM-A系統(tǒng)進行自控改造至今，已有14家企業(yè)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，采用先進控制策略，實施計算機二級優(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CENTUM-A系統(tǒng)對12個乙烯裂解爐進行自控改造，DCS實現(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，DEADE計算機為上位機，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，實施二級計算機優(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(chǔ)上，計算機優(yōu)化控制方案對流量調(diào)節(jié)器實施SPC監(jiān)督控制。控制目標為： 維持裂解爐系統(tǒng)安全運行。 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(shù)特點，設(shè)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(shè)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(nèi)，穩(wěn)定總進料量、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)用軟件均引進國外設(shè)備和技術(shù)。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(tǒng)，引進了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，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、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聚合溫度按照嚴格的溫度曲線實行控制，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)用不斷擴大，一些優(yōu)化控制軟件也應(yīng)運而生。