APC技术交流PPT学习教案

1、会计学1 APC技术交流技术交流 2 炼油过程先进控制 前言 模型预测控制的简介 (MPC) 基本原理及优点 (与常规控制相比较) Honeywell 鲁棒多变量模型预测控制技术（RMPCT）特点 APC 工程 APC 外围环境 APC 实施步骤及核心技术 RFCC MPC 应用 (实例) 反应再生部分 主分馏塔部分 吸收解吸稳定部分 结论 第1页/共44页 3 炼油过程先进控制 过程控制历史 经典 PID 反馈控制 状态空间 (优化) 控制 先进控制(APC) 基于模型的控制 模糊控制及人工智能(神经网络) 模型预测控制(MPC) MPC - 成功的先进控制技术的核心成功的先进控制技术的核心

2、 第2页/共44页 4 炼油过程先进控制 常规过程控制基本思想 MPC基本原理 MPC与常规控制的不同 第3页/共44页 5 炼油过程先进控制 PID过程 SP 测量变送器 Y(s) E(s)U(s) D(s) 第4页/共44页 6 炼油过程先进控制 单入单出控制（反馈的基本思想） 鲁棒性 利用当前值及前两步值 回路间的耦合 无滞后补偿 非最小相位 第5页/共44页 7 炼油过程先进控制 预测模型（线性化模型） 滚动优化 在线校正 经济效益线性规划 第6页/共44页 8 炼油过程先进控制 )1)(5500)( )( 1 )( e T t s tuty sU Ts Ke sY 500 505 0

3、10203040 Y(t) U(t) 时域响应Laplace 传递函数 提升管出口温度与再生滑阀开度的关系 第7页/共44页 9 炼油过程先进控制 ： )()(.) 3() 2() 1()( . )() 1(.)() 1() 2() 3( )()(.) 1()() 1() 2( )() 1(.) 2() 1()() 1( 321 321 321 321 tyPNtuaPtuaPtuaPtuaPty tyNtuatuatuatuaty tyNtuatuatuatuaty tyNtuatuatuatuaty N N N N yAuBde 第8页/共44页 10 炼油过程先进控制 ： u ku k

4、m klk l p kl B Min yru s tyA u yyy uuu ( ),.,() |()()() . . 1 11 1 1 Ysp Y(t) U(t) Pas t Future 第9页/共44页 11 炼油过程先进控制 ： y S S M in C yC u s tyGu yyy uuu 12 . . 第10页/共44页 12 炼油过程先进控制 基于模型的控制: 模型越准确，控制效果越好 控制品质高 滞后补偿 静态动态解耦 约束的处理 非方系统（“胖”系统，“瘦”系统）控制 非最小相位 第11页/共44页 13 炼油过程先进控制 效益分析 功能设计与详细设计 常规仪表与在线测量仪

5、表 APC实施平台与数据通讯 过程工艺计算 高等调节控制(IRC) MPC 实施 第12页/共44页 14 炼油过程先进控制 数据来源 过程数据 (原始)及实验室数据 初始阶跃实验 结论 IRC效益 MPC效益 效益来源 装置运行平稳，便于卡边操作 区间控制增加操作的自由度 第13页/共44页 15 炼油过程先进控制 当前系统的检测、控制系统(即管线配置图) 当前的过程瓶颈 当前工艺的操作思想 APC 目标的确定 APC 目标与控制功能的分解 项目定义 第14页/共44页 16 炼油过程先进控制 TDC 3000 DCS 系统 AM (AxM 推荐使用) for MPC and IRC Or

6、RMPCT Node（GUS） Non-TDC 3000 DCS系统 DEC VAX/ALPHA 上位机 DCS与上位机接口 (Open)VMS/Windows NT/UNIX 操作系统 实时数据库(Honeywell PhD) 第15页/共44页 17 炼油过程先进控制 过程流量的补偿 液体流率的温度补偿 气体流率的温度压力补偿 过程温度压力的补偿 Antoine Equation （蒸汽压） 特定过程计算 转化率, 产品分布 负荷计算 产品质量预测 第16页/共44页 18 炼油过程先进控制 非线性液位控制(NLLC) 利用容器的缓冲性能 比值控制 加热炉的热平衡控制 加热炉多路输出温度控

7、制 分馏塔热负荷控制 非线性过程的线性化 RPID控制 离线PID参数整定与在线应用 第17页/共44页 19 炼油过程先进控制 : 初始阶跃实验和MPC控制策略 装置阶跃实验 过程模型辨识 软件安装（控制器内核及人机界面） MPC 控制器建立 MPC 调试及投用 工程技术人员及操作工的培训 项目技术文档 第18页/共44页 20 炼油过程先进控制 反再部分的先进控制 反再部分的平稳操作 处理量的提高 苛刻度及产率控制 分馏部分先进控制 产品质量控制 获得最大的高值产品 吸收解吸稳定部分的先进控制 产品质量控制 获得最大的高值产品 第19页/共44页 21 炼油过程先进控制 : 反再部分的工艺

8、计算 反再部分的控制策略 反再部分的阶跃实验 反再部分的模型辨识 反再部分先进控制器建立 反再先进控制器的实施 第20页/共44页 22 炼油过程先进控制 Catalyst Cooler To Main Fractionator To CO Boiler Expander Riser 1st Stage Regenerator 2nd Stage Regenerator To CO Boiler Final Regenerator TRC 101 Naphtha Quench FRC104A FRC102A FRC104B FRC102B FRC105A FRC103A FRC105B FR1

9、03B Steam Recycle Oil FRC207 Fresh Feed FRC201Prelift Steam FI115 M102 Air Comp. M101 Air Comp. PRC 102 WetGas Compressor Controls PRC 102 PRC 103 WRC 101 WRC 109 反再流程示意图 第21页/共44页 23 炼油过程先进控制 流量补偿 反应热的计算 提升管入口温度 提升管反应油气的停留时间及催化剂停留时间 催化剂循环量(CCR) 苛刻度预测 产品分布 液化气（LPG）产率预测 焦碳产率预测 轻柴（LCO）产率预测 汽油产率预测 第22页

10、/共44页 24 炼油过程先进控制 MVs （操作变量）的确定: 14 MVs CVs （被控变量）的确定: 25 CVs DVs （干扰变量）的确定: 3DVs 第23页/共44页 25 炼油过程先进控制 RFCC RX/RG MPC Variables Table CVsMVsDVs CV01TI121.PV一密温度MV01FRC201.SP新鲜进料DV01FRC1101.PV外取热风量 CV02TI116.PV一再稀相温度MV02TRC107.OP终止剂流量DV02FRS003A.PV总风量 CV03AR101.PV一再氧含量MV03FRC207.SP回炼油流量DV03QC204.PV分

11、馏塔中断取热负荷 CV04AR102.PV二再氧含量MV04TRC201.SP预热温度 CV05TI155.PV二再密相温度MV05TRC101.SP提升管出口温度 CV06TI144.PV二再稀相温度MV06FRC109.SP二再主风流量 CV07RXSEV01.PV计算苛刻度MV07PRC102.SP反应沉降器压力 CV08PDRC106.PV反应器再生器的压力MV08PRC101.SP一再的压力 CV09PDR107.PV一二再的压力MV09PRC103.SP二再压力 CV10TRC107.PV提升管中部温度MV10DRC1101.SP外取热密度 CV11ZI101.PV立管塞阀的阀位M

12、V11FRC205.SP油浆上返塔 CV12ZI107.PV半再阀位MV12TRC231.OP塔底温度控制器的输出 CV13ZI105.PV再生滑阀的阀位MV13FRC213B.SP油浆外甩量 CV14R105_Q.PV外取热负荷MV14FRC206.SP回炼油返塔 CV15DRC1101.PV外取热器的密度 CV16PDR108.PV再生滑阀的压降 CV17PIK102B.OP气压机的转数 CV18LIC201.PVT201 的液位 CV19LR207.PV回炼油罐的液位 CV20TIC228.PV分馏塔一层塔板温度 CV21TRC231.PV分馏塔底温度 CV22F310_PM.PV预测干

13、气产率 CV23F314_PM.PV预测液态烃产率 CV24F312_PM.PV预测粗汽油产率 CV25F209_PM.PV预测轻柴产率 第24页/共44页 26 炼油过程先进控制 再生器烧焦控制 提升管苛刻度控制 分馏塔底控制 压力平衡及阀位控制 产率的极限控制 第25页/共44页 27 炼油过程先进控制 阶跃实验计划的设计 以控制策略与初始阶跃实验为基础 正常的操作波动 回路的时间常数 阶跃实验的幅度 阶跃实验 工艺工程师的配合 调度的配合 化验分析的配合 仪表过程工程师的配合 第26页/共44页 28 炼油过程先进控制 阶跃实验数据分析 模型辨识 控制策略的确证 反再 RMPCT 仿真及

14、控制器的设定 第27页/共44页 29 炼油过程先进控制 过程动态矩阵 RMPCT 控制器建点 先进控制底层控制回路的设定 先进控制器模型在线确认 先进控制器在线组态的检查 先进控制器的设定检验 先进控制器的投用 先进控制器的操作指导 先进控制器操作人员的培训（每班） 第28页/共44页 30 炼油过程先进控制 主分馏塔过程及产品性质计算 主分馏塔控制策略 主分馏塔阶跃实验 主分馏塔的模型辨识 主分馏塔先进控制器的建点 主分馏塔先进控制器的实施 第29页/共44页 31 炼油过程先进控制 流量补偿 主分馏塔的蒸汽物平 主分馏塔塔板汽液负荷计算 用于产品质量计算及水力学计算 主分馏塔粗汽油 AS

15、TM90 预测 轻柴 ASTM 90预测 轻柴闪点预测 轻柴倾点（凝点）预测 第30页/共44页 32 炼油过程先进控制 DCS 底层控制PID参数的整定 取热负荷控制 顶循的热负荷控制 中循的热负荷控制 非线性液位控制 MF 粗汽油分离罐的非线性液位控制 比值控制 柴油汽提塔汽提蒸汽控制 第31页/共44页 33 炼油过程先进控制 控制器的定义 MV的确定: 7 MVs CV的确定: 8 CVs DV的确定: 8 DVs 第32页/共44页 34 炼油过程先进控制 RFCC Main Column 29 25 22 13 12 Steam Steam Atm.Col Bottoms Slur

16、ry PA return Reactor Vapors RCO LCO Naphtha Sponge Oil Return FF to Rxt LCO to Diesel Product Slurry to Fuel Oil Wet Gas Sponge Oil 20 18 19 21 17 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 HCO Product Vapor Balance Line RCO to Rxt to Rxt Steam BFW Atm.Resid from Storage Feed Drum Main Fractionator Scheme 第33页/共44页 35

17、 炼油过程先进控制 CVsMVsDVs CV01F208_90.PV汽油的90%点MV01QC203.SP顶循的热负荷DV01FRC201.PV新鲜进料 CV02TRC212.PVT201的顶温MV02FRC203.SP顶循的流量DV02TRC101.PV提升管出口温度 CV03LCO_PP.PV轻柴的倾点MV03QC204.SP中循的热负荷DV03FRC205.PV油浆上返塔 CV04TRC219.PV柴油的抽出温度MV04FIC204.SP中循的流量DV04FRC206.PV回炼油返塔 CV05F209_FL.PV轻柴的闪点MV05FRC209.SP轻柴产品流量DV05FRC309.PV轻

18、柴作吸收油的流量 CV06LIC202.PV分馏塔底液位MV06FIC219.SP汽提塔的蒸汽流量DV06PRC102.PV反应沉降器的压力 CV07TC214.PV顶循的返回温度MV07FIC212.SPT201的顶温DV07TRC324.PV稳定塔底温度 CV08TC217.PV中循的返回温度DV08TRC314.PV解吸塔底温度 MF RMPCT Variables Table 第34页/共44页 36 炼油过程先进控制 MF 塔顶粗汽油干点控制 MF LCO倾点及闪点控制 LCO 液位控制 阀位饱和处理 第35页/共44页 37 炼油过程先进控制 阶跃实验计划设计 以控制策略与初始阶跃

19、实验为基础 正常的操作波动 回路的时间常数 阶跃实验的幅度 实验室分析数据 阶跃实验 与上下游装置操作进行协调 第36页/共44页 38 炼油过程先进控制 实验室数据分析 阶跃实验数据分析 模型辨识 MF RMPCT 控制策略的验证 MF RMPCT 控制器仿真及控制器的参数设定 第37页/共44页 39 炼油过程先进控制 过程动态矩阵 MF RMPCT控制器建点 MF RMPCT 底层控制器的设定 MF 控制器模型的在线确认 MF 控制器组态检查 MF 控制器参数设定检查 MF 控制器的投用 MF RMPCT 控制器的操作指导 MF RMPCT 操作人员的培训（每班） 第38页/共44页 4

20、0 炼油过程先进控制 吸收解吸稳定（吸收解吸稳定（ABSS） RMPCT 应用应用 MPC 控制策略： MV的确定: 8MVs CV的确定: 8CVs DV的确定: 5DVs 第39页/共44页 41 炼油过程先进控制 Raw Naphtha Stabilized Naphtha Sponge Oil Sponge Oil Return Dry Gas to Fuel Stabilizer Bottoms Product Middle Pumparound Naphtha & LPG to Stabilizer Primary Absorber Sponge Absorber Stripper

21、 FRC 304 LIC 301 HP Separator V302 FI 308 FRC 305 TI 302 FRC 208 FRC 306 FRC 307 FI 302 LIC 303 FRC 309 LIC 304 FQ 310 PRCA 301 TI 303 TRC 314 TI 318 Wet Gas TI 301 FR 318 PR 602 T302 T301 T303 LIC 305 FRC 311 AR 302 TI 311 HIC 301 TI 316 PdR 305 PdR 306 PdR 304 Absorber/Stripper/Stablizer Scheme 第40页/共44页 42 炼油过程先进控制 ABSS RMPCT Variables Table CVsMVsDVs CV01AR302.PV干气中的 C3 含量MV01FRC305.SPT3