一、概述

我國采用計算機控制石油化工生產(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)開展計算機過程控制研究，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算機專業(yè)人才，并有幾個試驗現(xiàn)場工業(yè)控制機投入運行，實現(xiàn)巡回檢測、制表打印、ＤＤＣ控制。由于實施計算機集中控制，因此將過程控制危險也集中了，加之當時的工業(yè)控制機無法現(xiàn)場長周期運行，直至７０年代初我國化工過程計算機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個氨合成塔機組的控制。１９８３年燕山石化公司前進化工廠引進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ＳＰＥＣＴＵＭ系統(tǒng)也在常減壓裝置中投入運行。

８０年代我國石油化學工業(yè)用ＤＣＳ實施過程控制，經(jīng)歷了從ＤＣＳ應用試驗階段（１９８５年以前）到推廣應用階段（１９８５年以后），這是ＤＣＳ應用迅速發(fā)展的十年。各級企業(yè)決策者對企業(yè)技術進步，走科技興廠之路的認識逐步深化，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，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)裝置中試驗并投入使用。ＤＣＳ應用的迅速發(fā)展，使我國石油化工自動化技術有了長足進步，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在石油化工中的應用情況、問題、發(fā)展作簡要概述。

二、ＤＣＳ在我國石油化學工業(yè)中應用情況

１．ＤＣＳ在我國大型氨廠的應用情況

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。

在應用軟件開發(fā)應用上也成績顯著，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的基礎出發(fā)點是找出尿素生產(chǎn)過程中關鍵參數(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ＰＩＤ等控制策略，使得關鍵參數(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”國家科技攻關課題“合成氨裝置生產(chǎn)過程計算機控制”，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)學模型，實施局部優(yōu)化控制。該項目通過了國家技術鑒定。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先地位。

２．ＤＣＳ在我國中型氨廠的應用情況

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，使用計算機技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的熱潮興起，中型氨廠ＤＣＳ應用發(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應用，每套年經(jīng)濟效益在６０～２００萬元不等。

３．煉油廠ＤＣＳ應用情況

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構已知，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計有機地結合起來，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用程序，如：原油預熱控制程序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，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上，以計算機間通訊方式，修改ＤＣＳ系統(tǒng)中相關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比爐出口溫度快，所以在實際應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應用企業(yè)都開發(fā)了應用軟件。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)能顯著的復雜控制系統(tǒng)，在此不予贅述。

４．ＤＣＳ在乙烯裝置上的應用情況

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)中推廣應用之快、應用數(shù)量之多,為各行業(yè)之首。從石化企業(yè)十年ＤＣＳ應用情況來看，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，為高層次應用開發(fā)打下基礎。第二步通過現(xiàn)代控制理論的應用，機理模型的研究，開發(fā)優(yōu)化操作應用軟件、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)能技術改造后的ＢＡ－１０９、ＢＡ－１１０兩臺裂解爐和乙炔加氫反應器，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（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＢＯＩＬＥＲＣＯＮＴＲＯＲ）控制方案的技術特點，設計了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和應用軟件均引進國外設備和技術。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套高級控制應用軟件，這些應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、開關按照不同的生產(chǎn)要求和時間順序啟動關閉。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)中的應用不斷擴大，一些優(yōu)化控制軟件也應運而生。