实时优化RTO技术在炼油和乙烯装置上的应用

5/29/201511实时优化技术在炼油和乙烯装置上的应用优化操作，提高效益徐晓燕高级技术顾问2015年5月2实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/201523ROMEO是由SE/SIMSCI和SHELLUS于19951998年合作开发SE/SIMSCI图形用户界面GUI设备模型库热力学性质数据库SHELL代数模型系统（MITER方程求解法/SQP优化器OPERA大量在线闭环优化的经验ROMEORIGOROUSONLINEMODELINGANDEQUATIONBASEDOPTIMIZATION（严格在线建模和基于方程的优化）ROMEO是专门面向生产装置开发的实时优化RTO平台ROMEO是世界排名第1的实时优化平台4实时优化技术在亚洲的实施经验20002013炼油装置33公用工程装置8乙烯装置8上游装置1气体分离装置1物料平衡系统1整个炼油厂1合计535/29/201535在亚洲的实时优化业务ROMEO,ARPM日本REFINERY13PETROCHEMICAL7韩国HDO,SK,SOIL中国PETROCHINA,BASFYPC,ZRCC台湾FPCC泰国THAIOIL,SPRC,PTTGCAROMA,REFINERY,OLEFIN,BCP,PTTGSP马来西亚PETRONAS新加坡SRC印度RELIANCE越南BSRASEANINDIA6实时优化技术在炼油装置上的应用分布5/29/201547公司级实施实时优化案例EXXONMOBIL/SHELL完全由最终用户实施THAIOIL完全由施耐德RTO团队实施RELIANCE施耐德团队提供培训和咨询2006年采用ARPM,与英维思一起,建立10套装置的模型2012年第1季度采购公司级的ROMEO软件许可,包括培训和7年的软件维护和服务2012年第3季度与施耐德签署咨询协议建立的执行团队有公司级的核心团队和操作层的建模团队2013年10月在达拉斯的ROMEO用户年会上演讲了CDU装置实施ROMEO的效益8实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/201559在线优化ROMEO一个综合的在线优化解决方案方便建模严格机理模型调和能力目标和约束处理数据管理系统外部数据界面读仪表写设定点数据筛选,数据整定实时系统将模型放置在线自动序列和任务排程集成的解决方案开发的设计以目标为导向第三方组件（反应器技术,例如KBC的反应器模型）用户增加的模型10实时数据库常规控制系统LP矢量更新计划调度系统生产目标价格ROMEO数据整定能量和质量平衡模型整定严格的非线性优化优化的设定点工艺变量APC模型预测控制器模型预测控制器CVS,MVSFVSCVMV目标ROMEO功能结构图5/29/2015611ROMEO图形界面12RTS实时序列RTS有自己的图形用户界面客户端和自己的服务器RTS图形用户界面客户端可以根据PFD图，配置序列5/29/2015713外部数据界面EDI在ROMEO项目和外部数据库之间的数据传递界面读仪表数据,写设定点由ROMEO的图形用户界面可以进行配置支持ODBCEXCEL,MSACCESS,ORACLE,PI,PHD,IP21,OPCSERVERCLIENT,AIM和AGLANCE数据库14实时优化与其他技术的集成原油数据库信息，例如SPIRAL原油数据库提供宽范围的轻端组份到C10的数据，代表石脑油的纯组份数据库要求自动的油品数据更新系统例如今天的原油罐原油混合比例的信息闭环实时优化要求好的先进控制系统APC可以接受RTO目标值，如受控变量目标值，作为DMC的外部目标,SMOC的优化目标和RMPCT的希望目标ROMEO可以获取APC的值，如控制器开/关状态,MV/CV开/关状态,MV和CV高/低限实时数据库PI,PHD等用于实时优化的性能监测在实时数据库或DCS中配置实时优化操作员界面反应器模型的维护CCR,HYDROCRACKER,FCC等乙烯裂解炉软件的集成（SPYRO5/29/2015815实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程16装置的变化是需要实时优化的主因举例RFCC装置进料的实时变化5/29/20159171RRTO_PRICE_FI66047/8/20100853018483/BBLRAWNETGASPRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCIAL/BBL2RRTO_PRICE_FI750247/8/20100853017685/BBLRAWRCCFRCCSPRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCIAL3RRTO_PRICE_FC730447/8/20100853018030/BBLRAWLCOPRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCIAL4RRTO_PRICE_FC730587/8/20100853015638/BBLRAWDCOPRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCIAL5RRTO_PRICE_FX75037B7/8/20100853017224/BBLRAWPROPYLENEC3PRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCI6RRTO_PRICE_FX755537/8/20100853018064/BBLRAWHVNPRICEFORRCCRTOFROMCOMMERCIAL7RHOTFEEDPRICE7/8/20101519517023/BBLSNAPSHOT1MINMIXHOTFEEDEXCLOMAR2OMLSFOOM1000050001000050001000050001000050001000050001000050001000050006/8/20101540437/8/2010154043PRICE30D0H0M0S装置的变化是需要实时优化的主因举例价格的变化也是实时发生18装置的变化是需要实时优化的主因举例RFCC装置实施RTO的累加和平均效益5/29/20151019先进控制动态模型装置稳态操作效益来自最大化进料固定切割点和节能线性规划的方向是预先设定每1分钟运行实时在线优化稳态模型装置优化操作效益来自产率的变化、节能和优化进料流量根据目标函数优化方向可以改变每10分钟2小时运行先进控制VS实时在线优化20先进控制VS实时在线优化典型的优化变量，而先进控制无法决定举例即使多变量预估控制运行良好，产品切割点固定，常减压装置实时在线优化系统的效益可以来自以下优化点NO优化点折衷关系1中段回流热负荷顶部中段回流负荷越高分离越好底部中段回流负荷越高热量回收越好节能2主分馏塔塔顶压力塔顶压力越高降低压缩机负荷，分离越好塔顶压力越低节能越好3加热炉出口温度温度越高减少渣油提高有价值产品,分离越好温度越低节能越好4提馏蒸汽比率蒸汽比率越高降低分压,分离越好蒸汽比率越低节能越好5/29/20151121RIGOROUSREALTIMEOPTIMIZATIONBENEFITS实时在线优化的效益增加效益固定规范优化规范AVERAGE197319871999TOTOANDBEYONDAPC之前手动的优化每年更新目标APC之后单装置的优化每月更新目标RTO之后多装置的优化每天46次更新目标减少变化提高优化的频率RTO正为工业领导者广泛地和成功地使用SOLOMON2006全球炼油自动性能分析22实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/20151223实时优化技术在CDU装置的应用概况原油处理量150，000桶/天2005年3月15日,项目开工项目进度12个月项目结果实现在线闭环优化系统在线率82效益220万美元/年（对750万吨/年CDU装置，效益约5美分/桶）2008年THAIOIL与SE全面合作,开展整个炼油厂ROMEO的实施24实时优化技术在CDU装置的应用技术要点优化变量数独立变量20约束变量数因变量60主要优化变量原油预热系统换热器旁路流量加热炉出口温度主塔压力主塔侧线回流量1,2,3主塔提馏蒸汽量产品性质目标约束变量各产品采出量加热炉进口温度产品杂质含量目标函数最大化效益项目目的实施APC的CDU装置更加高效化运行考虑产品收率和能耗的最优运行考虑产品价格、原油价格、原油性质、环境温度的影响CRUDEPREHEATTRAINS123456CDU3F2101OVERHEADSYSTEMC2601C2701123456HVU3123456HVU2HVU3PREHEATTRAINSHVU2PREHEATTRAINSF2201F2251CRUDEFEEDSYSTEMLONGRESIDUEFEEDFROMCDU2CDU1/CDU2HCU2HCU2CCRSP/M项目范围CDU3/HVU2/HVU3包括原油预热加热炉塔产品5/29/20151325MAINCOLUMNKEROLGOHGOARDEBUTANIZERDESALTERFURNACEDESALTER26ROMEO系统结构APPNODE1OPCSERVERTDC3000LCNDCSUNIVERSALSTATIONROMEOSERVERPIREALTIMEDATABASEAPC1SMOCSERVERROMEOCLIENTAPC2SMOCSERVERAPPNODE2OPCSERVER5/29/20151427ROMEO的实施ROMEO经过优化，每2个小时将多数加热炉的出口温度、TCR/MCR/LCR的泵回流流量和温度、每个产品的性质目标、提馏蒸汽、R/D温度等的目标送到SMOC控制器，提高最高价格产品（煤油）的收率通过提高LRR/D的温度，改善CDU/HVU装置之间的热量集成，直到卡边到CDUAPH的壁温的约束28测试结果1提高更有价值重石脑油的产量，降低轻石脑油的产量CURRENTVALUEOPTVALUEHIGHLIMITLOWLIMITLIGHTNAPHTHAFLOWT/D1400150016001700180019002000140020001400200014002000STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGETCURRENTVALUEOPTVALUEHEAVYNAPHTHAFLOWT/D320033003400350036003700380032003800STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGET5/29/20151529测试结果2降低轻石脑油的终馏点，将轻石脑油转移到重石脑油，同时重石脑油的初馏点的约束卡在下限CURRENTVALUEOPTVALUEHIGHLIMITLOWLIMIT7/30/2009120000AM7/27/2009120000AM300DAYSLIGHTNAPHTHAFBPDEGC82838485868788828882888288STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGET30测试结果3在第三套常压装置产品收率中，优化了装置的操作条件，减少了轻瓦斯油LGO和重瓦斯油HGO的收率，增加了煤油和石脑油的收率NAPHYIELDKEROYIELDCGOYIELDLRYIELD7/30/2009120000AM7/27/2009120000AM300DAYSCDU3PRODUCTYIELD222252323524245251922202725STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGET5/29/20151631测试结果4HGOCURRENTVALUEHGOOPTVALUELGOCURRENTVALUELGOOPTVALUELIGHTANDHEAVYGASOILRUNDOWNT/D300032003300340035003600370038004000300040001600240016002400STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGETNAPHTHACURRENTVALUENAPHTHAOPTVALUEKEROSENECURRENTVALUEKEROSENEOPTVALUENAPHTHAANDKEROSENERUNDOWNT/D5000510052005300540055005600500056004600520046005200STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGET32测试结果5CURRENTVALUEOPTVALUEHIGHLIMITLOWLIMITCDU3LRRUNDOWNTEMPERATURETOHVU3DEGC140144146148150152154156160140160140160140160STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGETCURRENTVALUEF2102APHSKINTEMPERATURE140144146148150152154156160STARTDOWNLOADINGTARGETSTOPDOWNLOADINGTARGETLOWLIMIT由CDU到HVU的LR温度得到提升，降低HVU加热炉的热负荷，满足F2102APH最小壁温烟道气侧的约束5/29/20151733实时优化技术在CDU装置的应用效益装置于2006年5月对在线实时优化技术（RTO）进行了标定验收，结果是当月实际效益1845万美元（平均收益为005美元/桶）（ROMEO实施前后的对比）所有独立变量都实现了在线调节闭路优化在线自动运行次数8次/天总在线率82闭环实时优化在线率预计全年效益220万美元/年34实时优化和应用概述实时优化技术的介绍需要实时优化技术的原因实时优化在炼油装置的应用案例实时优化在乙烯装置的应用案例结论议程5/29/20151835大坂石化乙烯装置炉区优化案例装置背景LUMMUS工艺乙烯产量455万吨/年使用SPYRO建立炉子模型石脑油裂解炉，C2,C4助裂解装置建模利用ROMEOVER502配置的模型17台炉子配置有SP