Honeywell先进控制软件介绍PPT课件

,Honeywell聚丙烯装置先进控制技术交流,2006年10月26日,2,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,3,成立于1885年，总部现设在美国新泽西州遍布100多个国家，120,000员工全球财富500强排名前列银行信誉A级2005年销售达到277亿美元每年的科技开发费用达7亿多美元道琼斯30支工业股票之一，标准普尔500指数之一被财富评为最好的公司、最大效益公司、最佳管理公司,霍尼韦尔公司-多元化技术和制造业占领导地位的跨国公司,霍尼韦尔公司简介,4,霍尼韦尔公司主流业务,自动化与控制(ACS)34%特种材料13%,交通动力16%航空航天37%,霍尼韦尔公司业务,5,Honeywell在过程解决方案中的优势,Honeywell是世界著名的自动化仪表生产公司，对数据的准确获取提供保证。Honeywell是第一家生产DCS的厂商，其DCS已广泛应运到各行各业，对过程控制有着深刻的理解。Honeywell是世界著名的工业软件公司，对工厂的业务有着独特的见解。这一切为Honeywell的过程解决方案的成功应用提供了强大的保证。,6,霍尼韦尔公司高技术执行部简介,霍尼韦尔公司高技术执行部为行业提供高技术解决方案(Advancedsolutions)。AdvancedSolutions协助企业制定统一的生产管理解决方案，完成从生产车间到企业整体经营活动的整合，使企业的经营目标与设备的实际生产能力结合，实现利润的最大化。高技术执行部负责高技术解决方案的咨询、设计、实施、维护等服务。,7,在中国，目前霍尼韦尔公司公司拥有60多名由博士、硕士和高级工程师构成的工程技术资源，多人具有10年以上的项目经验；此外，公司其他业务部门对中国业务的支持还包括：-高技术执行部在世界其它各地的1,200多名专业人士-150多名研发工程师-霍尼韦尔公司在中国的合作伙伴，共同推广霍尼韦尔公司的先进解决方案。,高技术执行部中国区技术力量,8,石油化工行业技术的领导者,在炼油行业，超过400个炼油厂/装置全球25个最大的炼油厂有24个使用了Honeywell的集成系统在化工行业#1在乙烯装置，全球超过50%的乙烯装置#1在芳烃装置，全球超过50%的芳烃装置#1在合成氨装置，全球超过40%的合成氨装置与UOP联合开发石化应用,9,Honeywell在中国,1935年开始在中国开展业务1家投资公司、11家合资企业、12家独资企业，1家贸易公司，员工5000余人在中国的总投资超过5亿美元2002年3季度亚太区总部从新加坡移师到上海2002年成立北京研发中心2004年成立上海研发中心,中国最大的流程工业整体解决方案供应商整体软件系统、成套硬件系统项目工程与集成中心应用专家与咨询顾问,10,Honeywell高技术执行部在中国部分主要实例,中国石化高桥分公司水星计划先进控制、MES中国石油大连石化汽油调合与移动自动化上海SECCO操作员仿真培训与先进控制中国石油APS/MES项目,11,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,12,先进控制与优化软件层次架构,13,ProfitController(RMPCT),ProfitPID,MaterialControl(Blending),BRC,BPC,PFM,TCM,先进过程控制,ProfitLoop,DataModeling自动处理与过程增益和过程动态性能相关的非线性特性;提供反应器性能计算，使得这些性能直接可控;牌号切换时间的控制;故障检测、预报、诊断和处理。,聚丙烯先进控制方案介绍,先进控制方案：,28,提高装置操作运行的稳定性，减小产品质量的标准偏差，优化操作，“卡边”控制，提高产率；在保证安全的前提下，能保持生产装置长期高负荷运转；应用预报、诊断及处理技术，减少事故发生，避免非计划停车带来的经济损失；缩短产品牌号切换时间，减少中间过渡料；应用软测量技术，可以获得许多原来无法在线测量的重要质量指标（如：MFR、固体浓度、产率等）。,先进过程控制的经济效益,聚丙烯先进控制方案介绍,29,国内大型聚丙烯(PP)生产装置以引进技术为主，中型和小型PP生产装置以国产化技术为主;引进技术主要有釜式反应器液相本体-气相本体Hypol工艺(三井化学公司)及环管式反应器液相本体-气相本体组合法Speripol工艺(原Hi-mon公司，现巴塞尔公司);目前国内PP行业的现状是各类小规模的生产装置多，生产能力大的装置少。,国内聚丙烯装置特点,聚丙烯先进控制方案介绍,30,Spheripol工艺由巴塞尔（Basell）聚烯烃公司开发成功。该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺,工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度其催化剂生产的粉料呈园球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄。可以生产全范围、多用途的各种产品。目前Spheripol工艺已经发展到第二代。第二代技术使用双环管反应器，操作压力和温度都明显提高，可生产双峰聚丙烯。,Spheripol工艺特点,聚丙烯先进控制方案介绍,31,Hypol工艺由日本三井化学公司于20世纪80年代初期开发成功，该工艺采用HY-HS-II催化剂（TK-II）,是一种多级聚合工艺。Hypol工艺可生产均聚、无规、抗冲全范围的PP产品，MFR范围为0.30-80kg/10min。目前，世界上采用Hypol工艺生产的聚丙烯装置有22套，总生产能力约为251万吨/年，约占世界聚丙烯总生产能力的6%左右；,Hypol工艺特点,聚丙烯先进控制方案介绍,32,随着全球聚丙烯工业朝集团化、国际化生产的趋势发展，国际大石化公司通过不断地重组，合并优势业务，扩大市场份额，增强自己的竞争优势;壳牌公司和巴斯夫公司的三家子公司-Elenac、Montell和Targor联合组成巴塞尔（Basell）公司，形成聚丙烯生产商的“巨无霸”;PP世界产能继续增长。前五年内，全球聚丙烯的生产能力增加了50，年增长率8.45%;催化剂技术不断改进。,世界聚丙烯工业的发展趋势,聚丙烯先进控制方案介绍,33,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,34,POLYTECH计算软件包PP/APC专利软件技术由Honeywell/Montell联合开发，适用于Basell（原Montell）环管工艺，支持以下工艺推理计算：反应器质量流量反应器传热系数反应器产率（基于热平衡的计算）反应器聚合物量计算（固体浓度、存量、物料量、停留时间）反应器内丙烯、乙烯、H2浓度计算催化剂活性计算MFR计算和校正,Polytech先进控制技术方案,35,R200Babyloop,R201loopRX,C3=FromD202,P205,D106,Catalst,Precontact,D201,VapourDrum,Teal:FC111,T301/302,C3=,D202,Prepolymer,D301FlashDrum,Degasing,D502Dryer,PP,Donor:P104,Additive:P111,Donor:FIC121Additive:FIC151,工艺过程,Polytech先进控制技术方案,36,支持的控制功能模块：反应温度控制固体浓度控制产率控制氢气浓度、乙烯浓度控制产品质量控制（多变量预测控制技术RMPCT),Polytech先进控制技术方案,37,Polytech系统设计框图,Polytech先进控制技术方案,38,建模机理质量平衡能量平衡内容APC推理计算鲁棒控制策略MFR关联计算,Polytech软件设计,Polytech先进控制技术方案,39,反应器冷却水系统温度R200(TE-222,TE-225/1,TE-225/2)R201(TE-242,TE-243)反应器温度R200(TE-221)R201(TE-241),PP/APC用关键仪表,Polytech先进控制技术方案,40,流量仪表催化剂进料系统:FT-111，FT-121冷却水:R200(FT-222)，R201(FT-271)H2,C3流量计(FT-201A/B,FT-203)密度计DT-241工业色谱分析仪AT-201,AT-331,Polytech先进控制技术方案,PP/APC用关键仪表,41,质量平衡基本算式,Polytech先进控制技术方案,质量平衡基本算式为：MassIn=MassOut各组份质量平衡计算：a*dM/dt=Mi-Mo+MpM-反应器中反应物的质量Mi-注入反应器各物流质量Mo-流出反应器各物流质量Mp-生成物质量,42,基于热量平衡计算产率：PR=f(Qfeed,Qamb,Qjw,Qblower,Quss,Qpre)/HPR-产率（吨/小时）Qfeed-反应器各单体显热量Qamb-环境热损量Qjw-夹套撤热量Qblower-循环泵能量Quss-不稳定热量Qpre-预聚热量H-单位聚合物放热量,Polytech先进控制技术方案,43,产率计算,丙烯转化率,产率,合理性检查和滤波,夹套撤热量,不稳定热,进料单体显热,环境热损失量,预聚热量,冷水温差、水流量,浆液浓度、质量聚合物热量,进料量、分子量、比热、温度,环境温度、反应器体积、绝热层,小环管反应热,循环泵热量,搅拌电流等,单位聚丙烯反应热,传热系数、速率,Polytech先进控制技术方案,44,Polytech先进控制技术方案,热负荷计算：,Q=(C*(JWflow)*(JWdeltatemp)+AMBheat+C3heat其中：Q:夹套水热负荷KWC:夹套水热容JWflow:夹套水流量JWdeltatemp:夹套水进、出口温差AMBheat:环境热损2P1AMRQXC3heat:单体显热2P1C3RQX,45,Polytech先进控制技术方案,固体浓度计算：,固体浓度f（浆液密度,搅拌电流,产率）反应器中固体浓度改变会使反应物和催化剂在反应器中的停留时间变化，从而改变聚合速率；固体浓度是反应器单程转化率的度量，在相同的加工量下，单程转化率越高，催化剂耗量和后续系统的能耗就越低；调节固体浓度的主要手段是新鲜丙烯进料量。,46,过程信号确认APC控制策略监控控制器设定值斜坡输入约束控制监视器画面显示次序控制RPID控制器数字积分技术多用途滤波器程序,Polytech软件包中提供的工具程序包,Polytech先进控制技术方案,47,先进控制系统投用时间较长；系统硬件开始老化，需要更新；部分聚丙烯装置进行了改造模型参数需调整装置的约束发生了变化APC的控制策略需要调整增加新的先进控制技术工程技术人员在升级过程中掌握先进控制技术；,Polytech技术方案升级需求分析,Polytech先进控制技术方案,48,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,49,典型控制方案（BASELL环管工艺）,环管式控制器包括进料、预聚合、环管#1及环管#2等主要设备，主要实现产率控制、介质浓度控制、质量指标控制等：产率控制；浆液浓度控制；反应器内氢气浓度控制；反应器内乙烯浓度控制；反应器内1-丁烯浓度控制；产品质量控制；助催化剂与给电子体配比控制；,聚丙烯先进控制方案介绍,50,典型控制方案（BASELL环管工艺）,气相控制器包括循环压缩机、气相反应器等设备，主要实现介质浓度控制、质量指标控制：氢/乙烯比控制；氢/丙烯比控制；乙烯/丙烯比控制；质量控制；反应器密度控制。,聚丙烯先进控制方案介绍,51,典型控制方案（三井Hypol工艺）,先进控制主要实现产率控制、介质浓度控制、质量指标控制等：产率控制；反应器内氢气浓度控制；反应器内乙烯浓度控制；反应器内丁烯浓度控制；质量控制(熔融指数,密度等)；,聚丙烯先进控制方案介绍,52,被控变量产品熔融指数、等规度产率浆液密度夹套循环水三通阀开度反应器循环泵功率各介质浓度等,操作变量反应器进料催化剂注入量共聚单体进料量氢流量乙烯进料铝剂和外给电子体加入量,聚丙烯先进控制方案介绍,控制器设计,53,干扰变量反应压力压缩机出口温度和压力冷却水入口温度冷却水流量等,控制器设计,聚丙烯先进控制方案介绍,54,先进控制及优化目标：,提高生产装置稳定性，安全生产；减少产品质量波动，保证产品性能的一致性，粉料熔融指数偏差减少25以上；合理协调各个操作变量，优化生产，环管反应器固体浓度偏差减少25以上；增加产率；缩短切换时间，减少过渡料损失，切换时间减少30；降低单体及催化剂、公用工程消耗。,聚丙烯先进控制方案介绍,55,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,56,ProfitNLC广泛地采用聚合过程的反应动力学模型;机理性的工程模型决定了ProfitNLC有一个宽的操作区间;ProfitNLC用该模型估计聚合物的基本物性，如产率、熔融指数和密度等;ProfitNLC还用实际的生产设备数据（如容器的体积）建立装置的动态性能，确保控制器模型有一个更宽的操作区间;利用模型提供推理计算，可以直接被ProfitNLC使用。包括：产率、瞬时和平均床层熔融指数及密度、气相露点、催化剂能力等。,ProfitNLC与聚合物生产,ProfitNLC的特点,ProfitNLC是一个非线性控制器,57,直接控制产品牌号切换ProfitNLC有能力控制所有牌号切换的过程。ProfitNLC在牌号切换期间，控制关键CV的轨迹，减少不合格产品操作员或工程师可以设置期望的CV（如：熔融指数）的响应时间常数（），来调节牌号切换的速度。ProfitNLC仅通过接受操作员或牌号切换管理软件来的熔融指数的目标值，控制器自动决定加入的氢气量达到希望的目标。,ProfitNLC与聚合物生产,ProfitNLC的特点,58,模型的适应性,ProfitNLC还用实际的生产设备数据（如容器的体积），建立装置的动态性能，确保控制器模型有一个更宽的操作区间；基于统计的模型参数估计很少或无需行装置测试ProfitNLC有许多组件，确保进行鲁棒性性操作；良好的处理模型误差能力，ProfitNLC将状态信息反馈到控制器模型内部，增加其鲁棒性能；同一个机理模型可用于新牌号生产的仿真。,非线性控制器ProfitNLC,59,ProfitNLC的优点,ProfitNLC：使用严格的物理模型切换时间基于实际的反应动力学同时实现控制和优化牌号切换操作全程控制通过外推拓宽可控操作区域,其它技术：使用基于历史数据的经验模型切换时间由控制器的结构来决定控制与优化分别进行牌号切换过程不能控制只能用于有模型的操作区域,60,ProfitNLC技术,ProfitNLC采用代数微分方程(DAEs)作为动态过程模型，模型基于基本原理或由经验得出。ProfitNLC系统的与装置的连接关系图如下所示：,61,NOVA非线性控制器接口,NOVA优化系统,NOVADAE系统,ProfitNLC目标函数,ProfitNLC控制模型,聚合动态过程模型(PDMS),ProfitNLC应用程序,预处理,外部偏置计算,给定值下送,ProfitNLC方案存档,DCS过程/过程控制,ProfitNLC结构,62,ProfitNLC硬件布局,Modem调制解调器,控制计算机/DCS接口App节点,ProfitNLC-工程师PC,控制网(LCN),DCS操作站,Printer打印机,ProfitNLCPCClient,ProfitNLCServer,DCS操作站,63,ProfitNLC用户界面,ProfitNLC显示画面（样板）：,64,聚合物生产动态建模系统-PDMS,PDMS-通用的聚合过程模型库用于如下单元建模:反应器单体回收聚合物分离换热器压缩机等现有的反应器模型包括环管反应器CSTR（连续搅拌釜反应器）气相流化床多点釜式,65,PDMS-物性预测包括:产率熔融指数密度露点温度反应器单体转化率反应器表面气速反应器最小流化速度催化剂能力反应物浓度比即时和平均聚合物物性计算PDMS-支持第三方提供的物性经验预测-开放系统,聚合物生产动态建模系统-PDMS,66,目前ProfitNLC技术已被下列聚合过程所应用：巴赛尔公司的Spheripol工艺Dow化学公司的Unipol工艺ChevronPhillips化学公司的环管工艺BP公司的Innovene工艺等,非线性控制器ProfitNLC,67,报告议程,1.Honeywell简介2.Honeywell先进控制和优化技术介绍3.聚合物先进控制和优化技术方案3.1聚合生产过程的特点3.2常规聚丙烯先进控制技术Polytech方案3.3典型聚丙烯先进控制技术方案4.新一代聚合物先进控制和优化技术-ProfitNLC5.Honeywell聚丙烯装置先进控制的成功经验6.先进控制成功实施四要素,68,Honeywell在Basell公司聚丙烯装置上实施APC,与Basell公司签署协议,在16个聚丙稀装置实施先进控制项目6Sinopecsites,China(licenses,trainingandconsulting)ShanghaiPetrochemicalCo.-JinshanChinaWuHanPetrochemicalCo;TianJinPetrochemicalCo.;JinanPetrochemicalMontell,Ferrara,ItalyMontell,Varennes,CanadaMontellPasadenaTxMontellBayportTxMontellParmaItalyNorthSeaPetrochemicals,BelgiumTVK,Hungary2plantsIndelpro,Tampico,MexicoPolibrasilSaoPaolo,Brazil,69,HoneywellBasellPPAPC经验,中国地区,70,先进控制的实施很好地平稳了浆液浓度，使浆液浓度标准偏差有了明显降低；同时在不违反装置安全约束的条件下，通过调整催化剂和单体量（Ramping），提高了产率，实现产率卡边。具体如下：,先进过程控制在聚丙烯装置上的应用,上海石化聚丙烯装置APC应用效果,71,先进过程控制在聚丙烯装置上的应用,武汉石化聚丙烯装置APC应用效果,72,ProfitNLC的应用,增加月产量（540%）减少不合格产品减少牌号切换时间（3070%）减少产品物性偏差（60%）增加操作工的知识和自信心通过对过渡过程结焦的动态约束监控，避免异常情况的出现减少劣质品（开始时便能满足要求）,ProfitNLC应用效果,73,CV(X2),应用ProfitNLC后,ProfitNLC缩短牌号切换时间,74,ProfitNLC增加产量,投用ProfitNLC,-1234567月,产量曲线,75,050010001500200025003000时间(分),050010001500200025003000时间(分),应用ProfitNLC前,应用ProfitNLC后,设定值范围,ProfitNLC减小CV波动,76,ChevronPhilipsOrange的应用,增加产量,所有牌号都超过8%牌号切换时间减少30%，待操作步骤改变后可期望减少更多减少产品物性偏差50%大大减少异常或不安全的情况出现-如反应器暴聚等当换热器清理或重新设计后，NLC控制器不需要修改NLC控制器的投运率达98%,ProfitNLC在高密度聚乙烯(Philips环管工艺)上的应用效果,77,霍尼威尔全球市场占有及应用情况,75个上层优化应用1800多个多变量控制应用500多个大型装置先进控制实施(基于模型的优化控制)250多个工业现场安装200多家全球客户,*ARCJanuary2005Report-“Real-timeProcessOptimizationandTrainingWorldwideOutlook”,先进控制和在线优化产品2005年市场占有率全球第1位*,78,霍尼威尔先进控制及在线优化典型全球客户,技术遍布全球,79,乙稀行业先进控制与优化部分用户,Petromont(Dow)APC/OptimizationCanadaDEA2BAPC/OptimizationGermanyDEA2AAPC/OptimizationGermanyBPAmocoG4APC/OptimizationScotlandBPAmocoKGAPCScotlandNoretylAPC/OptimizationNorwayWilliamsAPCUSAExxonOptimizationUSAPemexAPCMexicoPQUAPC/OptimizationBrazilPCSIAPC/OptimizationSingaporeShowaDenkoAPC/OptimizationJapanIdemitsuAPCJapanSumitomoAPC/OptimizationJapnLGPetrochemicalsAPCKoreaCPCAPCTaiwanTOCAPC/OptimizationThailandDaqingAPC/OptimizationChinaCopenorAPC/OptimizationFranceBasellAPC/OptimizationGermany,在全球乙稀行业占70%份额,80,霍尼威尔在全球烯烃