【正文】 用于幾套生產(chǎn)裝置工藝條件的離線優(yōu)化，取得了較好的效果。近年來(lái)，洛陽(yáng)石化工程公司針對(duì)渣油催化裂化的特點(diǎn)，提出了以結(jié)構(gòu)族組成為基礎(chǔ)的十三集總反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，編制了計(jì)算軟件，已用于催化裂化裝置的模擬優(yōu)化。浙江大學(xué)和上海高橋石化公司煉油廠共同開發(fā)了“催化裂化裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)包括基于模糊控制理論的提升管溫度分散魯棒控制（ROBUST CONTROL）、提高輕質(zhì)油收率的實(shí)時(shí)優(yōu)化專家系統(tǒng)和用模式識(shí)別方法估計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)等功能，投運(yùn)后取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。石油大學(xué)和蘭州煉油化工總廠的“催化裂化裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在線應(yīng)用軟件（催化裂化DMA）”采用預(yù)估控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)熱的預(yù)估控制。由于將反應(yīng)熱維持在設(shè)定值，使反應(yīng)再生系統(tǒng)操作穩(wěn)定，據(jù)報(bào)導(dǎo)可取得增產(chǎn)汽油的效果。大慶石油學(xué)院、北京石油化工科學(xué)研究院聯(lián)合開發(fā)的“催化裂化裝置摻煉渣油計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化軟件（BDP催化裂化）”已在國(guó)內(nèi)兩套催化裂化裝置上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)閉環(huán)優(yōu)化控制，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。BDP催化裂化軟件以催化裂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)描述反應(yīng)工藝過(guò)程，以實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)求取各影響參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。軟件開發(fā)者提出“渣油等價(jià)餾分油”概念，有效地解決了摻煉渣油的模擬優(yōu)化問題。大慶煉油廠重油催化裂化裝置反應(yīng)再生及分餾系統(tǒng)采用的先進(jìn)控制系統(tǒng)包括3個(gè)魯棒性多變量預(yù)估控制（RMPC）、9個(gè)先進(jìn)調(diào)節(jié)控制回路和39個(gè)先進(jìn)控制所需的或附加的工藝計(jì)算。通過(guò)預(yù)估和同時(shí)操縱多個(gè)變量，使裝置操作平穩(wěn)率提高，通過(guò)應(yīng)用控制器內(nèi)部的優(yōu)化器，使裝置向優(yōu)化的操作點(diǎn)靠近。蘭州煉油化工總廠與Honeywell合作實(shí)現(xiàn)的催化裂化先進(jìn)控制軟件，包括RMPCT控制器和工藝計(jì)算包，該系統(tǒng)使整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制，達(dá)到了平穩(wěn)操作、保證質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。石油大學(xué)和茂名石化公司共同完成的催化裂化裝置先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用以反應(yīng)熱為主要控制變量的反應(yīng)深度多變量協(xié)調(diào)預(yù)估控制，使整個(gè)裝置操作平穩(wěn)；尋優(yōu)周期僅為10分鐘的反應(yīng)深度實(shí)時(shí)優(yōu)化；汽油干點(diǎn)和柴油90%點(diǎn)在線計(jì)算取代了常規(guī)化驗(yàn)分析，作為生產(chǎn)控制的指標(biāo)；操作簡(jiǎn)便，可靠性高，投資較少，經(jīng)濟(jì)效益好。二 催化裂化裝置的先進(jìn)控制目前，實(shí)現(xiàn)催化裂化裝置先進(jìn)控制的關(guān)鍵已不再是硬件配置，而是先進(jìn)控制相應(yīng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用。典型的控制軟件包見表1—12。此外，需要指出的是：對(duì)主分餾塔產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)切割點(diǎn)控制（或稱卡邊控制），是一種較為簡(jiǎn)單易行且效益顯著的控制方法。在表1—12所介紹的控制軟件包中，一般都包含有這種切割點(diǎn)控制軟件。表1—12 典型的控制軟件包 公 司軟件包名控制策略與方法控制項(xiàng)目Setpoint 公司IDCOM（Identification andCommand)多變量預(yù)估控制(Multivariable Predictive Control) 反應(yīng)深度控制，再生燃燒控制、反—再系統(tǒng)壓力平衡約束控制。 Profimatics 公司催化裂化SIM/SIMOPT中控制子包催化裂化OPT、CONPAT多變量約束控制（Multivariable Constraints Control)反應(yīng)深度控制，再生器負(fù)荷控制、反—再系統(tǒng)壓力控制Honeywell公司RMPCT魯棒性多變量協(xié)調(diào)預(yù)估控制技術(shù)反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)控制KBCProcess ConsuItants公司CATOP作為裝置模型可用于反應(yīng)和再生系統(tǒng)的優(yōu)化控制，并可作為全煉油廠模擬系統(tǒng)PETROFINE的組成部分Combustion Engineering公司Simcon推理約束控制（Inferential ConstraintControl)反應(yīng)深度控制催化裂化裝置先進(jìn)控制的主要目標(biāo)通常為：提高加工能力：提高裂解深度、增加產(chǎn)品收率；提高汽油辛烷值；降低能耗；平穩(wěn)操作，減少操作失誤，快速平穩(wěn)地開、停工或變更處理量等。（一）先進(jìn)過(guò)程控制原理1 基本構(gòu)成以Honeywell Profimatics的先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)RMPCT為例，其先進(jìn)控制由兩部分構(gòu)成，即如圖1—31所示的內(nèi)帶優(yōu)化器的魯棒多變量預(yù)估控制器RMPC和中間層的先進(jìn)調(diào)節(jié)控制ARC。它們處于常規(guī)的PID控制回路之上，能夠處理常規(guī)的PID控制回路難以解決或不能解決的復(fù)雜控制對(duì)象。（1） ARCARC 是處于魯棒多變量預(yù)估控制器RMPC和常規(guī)調(diào)節(jié)控制層之間的先進(jìn)調(diào)節(jié)控制。它有助于基本控制層的控制穩(wěn)定性的提高，通過(guò)降低公用工程的消耗和多回收能量等來(lái)增加經(jīng)濟(jì)效益。ARC一般需要較復(fù)雜的計(jì)算作為輸入，由復(fù)雜的控制回路構(gòu)成，但它不是基于模型的控制。一般包括下列ARC控制：— 熱負(fù)荷控制— 蒸汽與產(chǎn)品、原料或催化劑的比率控制— 非線性液位控制— 魯棒PID控制— 加熱爐的支路平衡控制（2） RMPCRMPC （Robust Multivariable Predictive Control ）——魯棒多變量預(yù)估控制是基于模型的、有預(yù)估能力和優(yōu)化功能的控制軟件包，適合控制和優(yōu)化具有高度耦合的多輸入多輸出工業(yè)過(guò)程。RMPC的控制器與代表過(guò)程動(dòng)態(tài)的模型結(jié)合在一起，能夠預(yù)估過(guò)程將來(lái)的情況并決定適時(shí)調(diào)節(jié)其控制器的輸出，把所有受控變量保持在設(shè)定點(diǎn)上或在約束范圍內(nèi)，如果此時(shí)還有自由度，內(nèi)在的優(yōu)化器將調(diào)節(jié)其控制器的輸出，把過(guò)程推向符合經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的優(yōu)化狀態(tài)。與回路間相互獨(dú)立的常規(guī)PID單回路控制不同，RMPC把一個(gè)過(guò)程中的一些重要變量集中到一起，把整個(gè)過(guò)程看成一個(gè)整體來(lái)控制，而不是若干個(gè)分割的單回路的簡(jiǎn)單組合?；谀Ｐ?，RMPC能夠分析并解決各變量之間的耦合關(guān)系，通過(guò)預(yù)估能力，可以在受控變量的預(yù)估值超過(guò)限值前就對(duì)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是等到受控變量的當(dāng)前值超過(guò)限值時(shí)才動(dòng)作，因而具有超前調(diào)節(jié)能力。RMPC內(nèi)置有優(yōu)化器，優(yōu)化器基于用戶定義的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)和RMPC的動(dòng)態(tài)模型工作。所謂的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)是RMPC的受控變量和操縱變量的線性項(xiàng)和二次項(xiàng)的組合，通過(guò)指定線性項(xiàng)的系數(shù)，就定義了經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)。有了經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)，在滿足受控變量的控制目標(biāo)時(shí)或存在自由度情況下，RMPC就可將過(guò)程推向優(yōu)化點(diǎn)。2 變量類型的定義(1) 受控變量CVRMPC是一個(gè)多輸入多輸出的控制器，RMPC試圖去控制某類過(guò)程變量以維持它在某一個(gè)給定值或在一定范圍內(nèi)，這類過(guò)程變量被稱作受控變量（Controlled Variables),簡(jiǎn)稱CV。(2) 操縱變量MV為了保證CV的值在操作人員所要求的設(shè)定點(diǎn)上或一定范圍內(nèi)，以及為了使過(guò)程向滿足經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)所決定的優(yōu)化點(diǎn)變化，RMPC控制器要調(diào)節(jié)另一類過(guò)程變量的值來(lái)實(shí)現(xiàn)，此類過(guò)程變量被稱作操縱變量（Manipulated Variables),簡(jiǎn)稱MV。(3) 干擾變量DV有一類過(guò)程變量的變化對(duì)CV有明顯的影響，而且其變化可以測(cè)量得到，但是由于某種限制，RMPC控制器不能去操縱這類過(guò)程變量，則這類過(guò)程量作為干擾變量（Disturbance Variables)引入RMPC，簡(jiǎn)稱DV。3 RMPC的工作方式在典型的RMPC控制過(guò)程中，CV是相互關(guān)聯(lián)的，這就意味著采取某種動(dòng)作來(lái)改變一個(gè)CV的值，同時(shí)也會(huì)改變另一些CV的值，其中可能會(huì)有不希望的改變。那么，RMPC控制器必須協(xié)調(diào)多個(gè)MV的調(diào)整使一個(gè)特定的CV在希望的方向上改變希望的量，而不導(dǎo)致其他CV發(fā)生不希望的變化。這就是RMPC控制優(yōu)于多個(gè)回路單獨(dú)控制的原因。在RMPC的控制和優(yōu)化過(guò)程中，滿足CV的設(shè)定目標(biāo)是第一位的任務(wù)，只有在滿足了CV設(shè)定目標(biāo)（所有CV在設(shè)定點(diǎn)上或在上下限范圍內(nèi)）或存在自由度的情況下，才能進(jìn)行優(yōu)化。所謂自由就是指還有沒有MV可以利用，自由度為零意味所有CV的設(shè)定目標(biāo)都能滿足，若己經(jīng)滿足，則可以進(jìn)行優(yōu)化；自由度0，則有為滿足優(yōu)化目標(biāo)可利用的MV；自由度0，則不能滿足所有CV的設(shè)定目標(biāo)，更談不上優(yōu)化了。 用數(shù)學(xué)方法表示：自由度=不在約束上的MV數(shù)（設(shè)定點(diǎn)控制的CV數(shù)+超限的CV數(shù)）RMPC控制器還具有魯棒性，它能克服較大的過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程變量間具有高度耦合關(guān)系的過(guò)程的良好控制。（二）先進(jìn)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介以澳大利亞OEMV公司催化裂化裝置的先進(jìn)控制系統(tǒng)為例。其控制操作站共有5臺(tái)CRT（陰極攝像顯示器），其中3臺(tái)連接DCS，另外2臺(tái)連接先進(jìn)的控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（是一臺(tái)先進(jìn)小型計(jì)算機(jī)，含有8兆位主存儲(chǔ)器和120兆位、450兆位兩個(gè)磁盤）。此外，還有一個(gè)監(jiān)視操作情況的維護(hù)站，設(shè)置了DCS操作臺(tái)和計(jì)算機(jī)操作臺(tái)。DCS包括基礎(chǔ)調(diào)節(jié)回路，具有流量、壓力、液位和溫度等全部基本的PID控制器及部分比率控制器。其示意圖見圖132。圖132 催化裂化裝置控制系統(tǒng)示意圖先進(jìn)調(diào)節(jié)控制的各種功能是在于使控制變量（不論是測(cè)量的還是計(jì)算的）接近其目標(biāo)值。就較高層次的控制而言，約束控制能保證裝置在接近過(guò)程極限時(shí)平穩(wěn)操作。除約束控制外還常有許多涉及到經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化，當(dāng)這些影響集中在裝置的某一部分時(shí)，稱之為局部?jī)?yōu)化。高層次控制系指整個(gè)裝置的優(yōu)化器。此優(yōu)化器通過(guò)模擬各操作條件對(duì)整個(gè)裝置的影響，來(lái)確立反應(yīng)器合適的目標(biāo)工藝條件。此過(guò)程要使用有關(guān)的進(jìn)料和產(chǎn)品價(jià)格，以及公用工程費(fèi)用等許多經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。（三）反應(yīng)—再生系統(tǒng)的控制這是催化裂化裝置自控中最復(fù)雜和最棘手的部分。兩器體積很大，對(duì)某些過(guò)程的響應(yīng)會(huì)顯得很滯后，而對(duì)另一些過(guò)程的響應(yīng)卻又很靈敏，并需要快速的控制作用。因此，必須考慮多約束控制，還應(yīng)該評(píng)價(jià)控制變量變化時(shí)對(duì)這些約束的動(dòng)態(tài)影響。很明顯，這些變量間的相互作用是很大的，它將給自控設(shè)計(jì)增加許多困難，但也正好為采用先進(jìn)控制和在線優(yōu)化提供了極好的機(jī)會(huì)。下面介紹兩個(gè)反應(yīng)再生系統(tǒng)先進(jìn)控制的例子。（1）圖133為Setpoint公司設(shè)計(jì)的兩器先進(jìn)控制示意圖（Conoco煉油廠）。系統(tǒng)中包括：汽提蒸汽/催化劑循環(huán)量的比例控制；壓力平衡控制；燃燒/苛刻度控制；裝置優(yōu)化。采用了多變量預(yù)估控制（MPC）的非線性優(yōu)化等技術(shù)；針對(duì)反應(yīng)器和再生器的復(fù)雜交互作用，燃燒控制和苛刻度控制是采用多變量控制器（IDCOMM）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖133 反應(yīng)再生系統(tǒng)控制策略IDCOM放在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中，每分鐘運(yùn)行一次。控制計(jì)算是基于受控變量（CVS）和操縱變量（MVS）間的動(dòng)態(tài)模型。IDCOMM能快速調(diào)整MVS以響應(yīng)擾動(dòng)；也能慢慢調(diào)整MVS以逼近給定值（當(dāng)約束允許時(shí)）。通常采用的MVS和CVS見表113。表113 反應(yīng)—再生系統(tǒng)控制中的MVS和CVS操縱變量（MVS）：主風(fēng)量、新鮮原料流量、反應(yīng)器溫度、取熱器負(fù)荷、分餾塔頂壓力、反應(yīng)器—再生器壓差受控變量（CVS）：再生器壓力（最大）、主風(fēng)機(jī)出口壓力（最大）、主風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)器位置（最大）、主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（最大）、煙機(jī)旁路閥位置（最大）、煙氣氧含量（最小/最大）、煙氣溫度（最大）、再生器密相床溫度（最小/最大）、再生器旋分器線速（最大）、富氣壓縮機(jī)功率（最大）、富氣壓縮機(jī)入口節(jié)流閥位置（最大）、分餾塔△P（最大）、分餾塔油漿回流閥位置（最大）、再生滑閥△P（最?。?、待生滑閥△P、再生滑閥位置（最大）、待生滑閥位置（最大）裝置優(yōu)化器也放在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中，并基于一個(gè)非線性靜態(tài)模型，優(yōu)化算法為簡(jiǎn)約梯度法。模型起初處于離線狀態(tài)，而優(yōu)化器是每隔6h 運(yùn)行一次。每次運(yùn)行開始，要用當(dāng)前2h的工藝數(shù)據(jù)平均值來(lái)修正模型的關(guān)鍵參數(shù)。由優(yōu)化器計(jì)算的優(yōu)化自變量（如進(jìn)料流量、反應(yīng)器溫度等），送到IDCOMM中作為操縱變量的給定值。（2）圖134為OEMV公司催化裂化裝置的兩器先進(jìn)控制（由OEMV公司和Setpoint公司合作）示意圖。圖134 兩器的先進(jìn)控制示意圖1——RX/RG差壓約束控制；2——新鮮進(jìn)料最大預(yù)熱量控制；3——反應(yīng)器苛刻度約束控制；4——再生器燃燒控制；5——煙氣輪機(jī)煙氣約束控制；6—汽提蒸汽控制①新鮮進(jìn)料；②HCO回?zé)捔?；③油漿回?zé)捔浚虎茴A(yù)熱溫度；⑤至主分餾塔；⑥反應(yīng)物流；⑦至汽包；⑧混合進(jìn)料；⑨催化劑；⑩ 放空；（11） 煙氣； （12） 煙氣至發(fā)電裝置； （13） 汽提蒸汽； （14） 水； （15） 空氣圖135 主分餾塔先進(jìn)控制流程示意圖1—汽油/LCO切割點(diǎn)控制； 2—汽油干點(diǎn)控制；3—LCO中段回流/新鮮進(jìn)料總量控制；4—最大LCO中段回流約束；5—苛刻度約束控制；6—塔底最低溫度約束；7—塔底溫度控制；8—苛刻度約束控制；9—預(yù)熱溫度控制；10—苛刻度約束控制；11—油漿溫度約束控制；12—HCO產(chǎn)品約束控制；13—塔底液位控制；14—LCO/HCO切割點(diǎn)控制；15—LCO傾點(diǎn)控制；16—系統(tǒng)壓力控制；17—穩(wěn)定塔最大進(jìn)料流量約束控制① 送至LCO產(chǎn)品；②LCO回流；③HCO回流；④HCO回?zé)?；⑤?lái)自反應(yīng)器進(jìn)料蒸氣；⑥至氣壓機(jī)；⑦至穩(wěn)定塔；⑧催化裂化汽油；⑨來(lái)自塔頂組分切割點(diǎn)；⑩比率；（11） 蒸汽； （12） LCO產(chǎn)品； （13） HCO產(chǎn)品； （14）澄清油； （15） 新鮮原料至反應(yīng)器； （16） 回?zé)捰蜐{； （17來(lái)自反應(yīng)器進(jìn)料該系統(tǒng)包括有：再生器燃燒、反應(yīng)器苛刻度約束、兩器差壓約束、系統(tǒng)壓力約束、汽提蒸汽量、新鮮進(jìn)料預(yù)熱溫度最高值、煙氣輪機(jī)煙氣量約束等控制。而燃燒控制和苛刻度控制同樣是采用IDCOM多變量預(yù)估控制技術(shù)?？傊?，該先進(jìn)控制系統(tǒng)的功能是在于協(xié)調(diào)一致地保持反應(yīng)器盡可能地接近于最佳工況、減少操作費(fèi)用和防止干擾對(duì)過(guò)程的不利影響。（四）主分餾塔的控制通常認(rèn)為催化裂化裝置主分餾塔較難控制。主分餾塔與常減壓蒸餾塔不同，輸入該塔的熱量不是一個(gè)獨(dú)立變量，而是由反應(yīng)器工況決定的。反應(yīng)器工況的變化不僅影響塔的輸入熱量，而且還影響到進(jìn)料性質(zhì)。塔內(nèi)通常蒸氣較多，液/氣比較低，這使得產(chǎn)品分餾對(duì)操作的變化很敏感。此外，熱流量大和液體積聚多，對(duì)塔的工況產(chǎn)生很不利的影響。這種情況便于利用先進(jìn)控制技術(shù)來(lái)改善操作和提高經(jīng)濟(jì)性。圖135為OEMV公司催化裂化裝置的主分餾塔先進(jìn)控制流程示意圖。該系統(tǒng)包括有：產(chǎn)品切割點(diǎn)、汽油