钢铁行业-焦化粗苯蒸馏工序智能管控系统技术要求

ICS77-010

CCS：H04

CISA

团体标准

T/CISAXXXXX—XXXX

钢铁行业焦化粗苯蒸馏工序智能管控系统

技术要求

Intelligenttechnicalrequirementsofcokingcrudebenzenedistillationprocess

(讨论稿)

XXXX–XX-XX发布XXXX–XX-XX实施

中国钢铁工业协会发布

1范围

本文件规定了焦化粗苯蒸馏工序的智能化管控系统的设计技术要求。

本文件适用于常规焦炉配套煤气净化装置中的粗苯蒸馏工序。

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

粗苯蒸馏智能化控制IntelligentControl

通过智能化管控平台，结合现场过程数据、公辅消耗成本以及产品质量需求等，对工艺过程进行分

析计算，为粗苯蒸馏装置提供最优的操作参数。

3符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。

DCS：分布式控制系统（DistributedControlSystem）

HMI：人机接口（HumanMachineInterface）

4技术方案

焦化粗苯蒸馏工序工艺智能管控技术方案如下:

a）应通过控制系统、执行机构对焦化粗苯蒸馏工序内工艺参数进行初步稳定控制；

b)应通过感知检测、数据传输通信，对检测得到的大量数据进行采集、存储，通过数据分析决策

进行滤波，筛选和剔除波动较大的异常监测点，数据处理后进行数据归档；

c）应对筛选得到的数据进行分析、计算处理，对粗苯蒸馏塔、富油加热器、粗苯冷凝冷却器、一

段贫油冷却器和二段贫油冷却器等工艺设备进行分析整理，核算当前状态下各个设备的无法直接检测的

工艺参数（如塔板效率、污垢系数等）。对粗苯蒸馏工序内的泵等动设备进行健康分析，完成故障预警

分析；

d）应运用计算手段，通过机理模型方式，依据粗苯市场价格、能源提供计划、能源质量、能源成

本为参数，产品的理论最大产能、可销售粗苯质量以及工序的操作极限范围为边界，结合设备整理结果，

通过模型理论分析计算，通过多变量函数求取方式，完成产品收益与能源消耗成本差值函数最大值的求

取；

1

e）以产品收益与能源消耗成本差值最大为依据，实时求取的工艺操作参数为智能化系统推荐值，

以此对自动化调节参数的设定值提出最优指导。对粗苯产品品质“临界”管控，达到单元经济效益最大

化

5电气与自动化控制要求

5.1电气

DCS系统主机架、HMI监控系统、计算机系统、网络系统宜集中设置并采用UPS供电。

5.2自动化

5.2.1装置区应设置基础自动化系统和计算机系统，设置HMI服务器。

5.2.2装置区基础自动化系统应设置冗余配置的DCS系统。

6系统与架构

6.1焦化粗苯蒸馏工序智能化管控系统应包括基础设备层、数据平台层和智能应用层。

6.2基础设备层由工艺相关设备、能源管网、计量仪表设备、执行机构、继电保护设备、安全检测装置、

视频设备以及通信、网络传输设备组成。

其中，工艺相关设备包含：粗苯蒸馏塔、富油加热器、贫富油换热器、富油加热器、一段贫油冷却

器和二段贫油冷却器等工艺设备组成。工艺相关设备同时配有流量、温度、压力、液位等工艺参数的实

时监控计量仪表及执行机构，并且采用相应的感知检测技术、传感技术、先进控制技术等，通过执行机

构依据设定对相应温度、塔顶回流量等参数，实现控制。

工艺设备的相应参数必须采用具有执行机构的调节阀门实现自动调节控制。自动控制有以下工艺参

数：粗苯蒸馏塔（脱苯塔）顶温度、富油加热器后富油温度、二段贫油冷却器贫油出口温度、一段贫油

冷却器贫油出口温度、粗苯冷凝冷却器后温度、进富油加热器富油量、脱苯塔底液位、入再生器蒸汽流

量、粗苯回流量、粗苯冷凝冷却器低温水流量、入富油加热器蒸汽流量、入再生器过热蒸汽流量和凝结

水闪蒸槽输出低压蒸汽流量等。

能源管网包含中压蒸汽管网、低压蒸汽管网、循环水管网和低温水管网，相应管网配有流量、温度、

压力等工艺参数的实时监控和计量仪表。

电器设备配置继电保护器。

工序内部配置安全监测设备，如气体报警器，防静电设备等。

工序内部设置视频监控设备。

通信、网络与传输设备通过工业以太网、5G、WIFI和移动通信网等技术，实现数据实时传输。

6.3数据平台层由数据采集、数据储存、数据处理和数据归档组成。

数据采集对监控计量设备获得的现场实时数据进行采集。

数据存储对数据采集获得的数据在数据平台层进行存储。

数据处理对存储的数据进行定时筛查梳理，对检测数据中的异常点进行预判。对数据进行滤波，

平滑曲线处理后以及局部异常点分别输送进入智能应用层。

数据归档对处理后的数据进行归档。

6.4智能应用层由计算边界和预测与优化组成。

计算边界包含产品售价、能源计划、能源成本、能源质量、质量边界、产能边界和安全边界。

其中，产品售价为粗苯产品在当地的销售价格。

能源计划是整个厂区可以为粗苯蒸馏工序提供中压蒸汽、低压蒸汽、循环水和低温水用量的上限。

能源成本是为粗苯蒸馏工序提供各个能源介质，如中压蒸汽、低压蒸汽、循环水和低温水的内部核

算价格。

2

能源质量是为粗苯蒸馏工序提供能源的品质，如中压蒸汽温度压力、低压蒸汽温度压力、循环水

上水温度和低温水上水温度。

质量边界是指粗苯产品符合国家标准，且满足当地对外销售的最低三苯（苯、甲苯和二甲苯）含

量。

产能边界是依据理论分析粗苯蒸馏的理论最大产能。

安全边界是确保工序安全生产，各个工艺参数的最大或最小值，如粗苯蒸馏塔塔底最大压力、粗

苯蒸馏塔压力降最大值、富油加热器出口温度最大值等。

预测与优化包含设备整理、健康分析、产能预测、收益分析、产品质量预测、蒸汽消耗回收预测、

循环水消耗预测和低温水消耗预测。

其中，设备整理依据数据处理后的数据，对粗苯蒸馏塔、富油加热器、贫富油换热器、粗苯冷凝

冷却器、一段贫油冷却器和二段贫油冷却器等设备参数进行整理计算，对无法直接测量的数据如粗苯蒸

馏塔塔板效率、各个换热器污垢系数进行整理求解。

健康分析针对处理后的数据以及数据处理中剔除的异常点进行分析。对粗苯蒸馏塔塔板效率和各

个换热器的污垢系数趋势进行预测，明确清洗周期。针对数据处理过程中异常点，分析数据相关性，对

相关设备进行健康分析。

预测与优化需结合计算边界进行最大化求解。

以蒸馏理论模型为基础，建立物料平衡和能量平衡方程。结合计算边界对粗苯蒸馏工序收益建立

数值最大化模型：

Max（粗苯产品产量*产品售价+低压蒸汽回收量*低压蒸汽能源成本-中压蒸汽消耗量*中压蒸汽能

源成本-低温水消耗量*低温水能源成本-循环水消耗量*循环水能源成本）;

工艺相关设备能量平衡方程；

工艺相关设备相平衡方程；

粗苯产品产量<产能边界；

粗苯产品质量≥质量边界；

相关工艺操作参数∈安全边界；

相关能源消耗<能源计划。

通过多变量方程求解，获得粗苯蒸馏工序收益函数的最大值，同时获得在收益最大的前提下，粗

苯蒸馏工序产能预测、工序收益分析、产品质量预测、蒸汽消耗回收预测、循环水消耗预测、低温水消

耗预测。

预测与优化相关数据进行数据归档，同时反馈执行机构，对基础设备层进行工艺优化控制。

6.5焦化粗苯蒸馏工序智能化管控体系见图1。

3

计算边界预测与优化

智能

产品售价设备整理健康分析产能预测收益分析

应用层

能源计划能源成本能源质量

产品质量蒸汽消耗循环水低温水

质量边界产能边界安全边界

预测回收预测消耗预测消耗预测

数据数据采集数据存储数据处理数据归档

平台层

通信、网络与传输设备

基础

工艺相监控计量继电保护安全监测

设备层能源管网执行机构视频设备

关设备仪表设备装置设备

图1焦化粗苯蒸馏工序智能化管控系统架构图

7智能管控

7.1应设置对整个工序工艺数据进行实时采集，定时分析的智能管控平台。

7.2智能管控平台应采用分布式、支持动态线性扩容的软硬件系统架构。

7.3智能管控平台应实现下列功能：

a)对分布采集的数据进行统一存储、处理以及归档；

b)依据数据处理结果，对工艺相关设备进行整理，用于后续预测与优化。数据处理结果结合异常

点，对相关工艺设备进行健康分析；

c）对处理后的数据，结合计算边界、蒸馏理论模型进行收益最大化计算分析；

d)依据计算分析结果，形成智能优化指导意见，反馈执行机构完成工艺调优。

8接口要求

8.1数据接口应与数据字典、映射服务、网关及安全服务功能相结合。

8.2互联接口的安全应按照网络分层的原则，从物理层、数据链路层、网络层、应用层等层次全面考虑。

8.3通信网络接口安全应同时考虑数据安全、应用安全、网络安全、设备安全。

8.4数据层和应用层接口安全，应采用符合安全等级的操作系统、数据库和中间件等产品，并通过身份

认证、访问控制和入侵防