1.安全生產(chǎn)

通過(guò)系統(tǒng)的配套設(shè)備自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、工藝聯(lián)鎖、故障預(yù)報(bào)及

報(bào)警等方式保障安全生產(chǎn)，減少職工在粗苯區(qū)域運(yùn)行設(shè)施上和高處頻繁 作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)粗苯回收過(guò)程的本質(zhì)化安全控制。

2.提高產(chǎn)量

通過(guò)提升粗苯系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，優(yōu)化富油預(yù)熱溫度、終冷后

煤氣溫度和上塔貧油溫度，脫苯塔頂溫度、壓力，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上粗苯日 增產(chǎn)量約 0.5～1.0t。

3.節(jié)能降耗

通過(guò)提升粗苯系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，優(yōu)化富油預(yù)熱溫度、終冷后

煤氣溫度和上塔貧油溫度，脫苯塔頂溫度、壓力，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降低并 穩(wěn)定洗苯塔后煤氣含苯在1.0g/m3以下。

粗苯回收智能優(yōu)化系統(tǒng)工程設(shè)施，以及其配套輔助設(shè)施改

造。

1）提升粗苯系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平；

2）優(yōu)化再生器頂部溫度、脫苯塔頂溫度及壓力，穩(wěn)定粗苯質(zhì)量；

3）根據(jù)焦?fàn)t荒煤氣量協(xié)調(diào)工段間循環(huán)水、冷卻水量、洗油量，實(shí)現(xiàn)

精確調(diào)控；

4）根據(jù)入管式爐再生油流量和溫度、入管式爐煤氣流量和壓力、管

式爐熱效率綜合優(yōu)化出口再生油溫度；

5）終冷器冷卻水流量調(diào)節(jié)；

6）二段冷卻器冷卻水流量調(diào)節(jié)；

7）脫苯塔粗苯回流量調(diào)節(jié)；

8）可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4. 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)按照不同生產(chǎn)管理需求可分為協(xié)調(diào)優(yōu)化層（根據(jù)當(dāng)前操作環(huán)境等是否進(jìn)行全流程優(yōu)化）、過(guò)程優(yōu)化控制層（單元優(yōu)化）、現(xiàn)場(chǎng)控制層（自動(dòng)控制）。協(xié)調(diào)優(yōu)化層根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)操作條件、設(shè)備狀態(tài)、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)情況等對(duì)粗苯產(chǎn)品收率與能耗的平衡關(guān)系進(jìn)行分析，建立系統(tǒng)優(yōu)化模型，找出最佳工藝參數(shù)操作目標(biāo)，存入規(guī)則庫(kù)；同時(shí)通過(guò)對(duì)終冷洗苯與粗苯蒸餾過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行分析，為優(yōu)化控制提供規(guī)則支持。當(dāng)生產(chǎn)操作條件、設(shè)備狀態(tài)等發(fā)生變化時(shí)，利用規(guī)則庫(kù)規(guī)則實(shí)現(xiàn)各被控過(guò)程被控參數(shù)設(shè)定值優(yōu)化計(jì)算、工況實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。 過(guò)程優(yōu)化控制層根據(jù)粗苯回收過(guò)程能量守恒、質(zhì)量守恒等理論分析， 建立回收過(guò)程的機(jī)理模型、軟測(cè)量模型、溫度智能控制模型，同時(shí)根據(jù) 協(xié)調(diào)優(yōu)化層下發(fā)的被控參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化值，完成操作參數(shù)設(shè)定值計(jì)算、數(shù) 據(jù)分析與存儲(chǔ)，并將各控制參數(shù)設(shè)定值并下發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)控制層。

圖 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)控制層主要由 PLC 系統(tǒng)、原 DCS 系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)儀表等 組成，是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制功能的實(shí)施部分。當(dāng)獲得過(guò)程協(xié)調(diào)控制層下發(fā)的控制指令時(shí)，該層將控制指令轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。

4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

化產(chǎn)粗苯回收智能優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)通信獲取相關(guān)過(guò)程數(shù)據(jù)，新增終冷器循環(huán)水、低溫水流量調(diào)節(jié)閥，洗苯塔進(jìn)/出口貧富油流量調(diào)節(jié)閥，脫苯塔進(jìn)/出口貧富油流量調(diào)節(jié)閥，洗油再生/排渣調(diào)節(jié)閥、粗苯產(chǎn)品流量調(diào)節(jié)閥、分離器排水閥、 脫苯塔真空泵調(diào)節(jié)閥信號(hào)通過(guò) PLC 采集。粗苯回流槽、真空泵、再生泵、換熱器等視頻監(jiān)控信號(hào)經(jīng)攝像頭采集得到的圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)控制柜傳輸?shù)綀D像處理機(jī)器中。

化產(chǎn)粗苯回收綜合分析數(shù)據(jù)后，智能調(diào)節(jié)終冷洗苯冷卻水流量設(shè)定值、煤氣流量設(shè)定值、粗苯回流量設(shè)定值等，從而保證回收過(guò)程的溫度和液位穩(wěn)定。同時(shí)智能優(yōu)化系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。結(jié)合粗苯回收過(guò)程機(jī)理模型等實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣終冷溫度、富油加熱溫度、脫苯塔頂溫度等參數(shù)自適應(yīng)控制，滿(mǎn)足回收過(guò)程智能化。

4.2 系統(tǒng)控制模塊

粗苯回收優(yōu)化系統(tǒng)所包含的控制模塊有：

l 洗脫苯過(guò)程分析模塊

l 終冷后煤氣溫度控制模塊

l 洗苯貧油溫度控制模塊

l 脫苯管式爐貧富油溫度控制模塊

l 再生管式爐出口溫度控制模塊

l 脫苯塔頂溫度控制模塊

l 協(xié)調(diào)優(yōu)化模塊

l 軟測(cè)量模塊

l 故障診斷模塊

優(yōu)化系統(tǒng)的功能模塊圖

整個(gè)粗苯回收優(yōu)化系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、軟測(cè)量模塊、過(guò)程單元優(yōu)化模塊（包含溫度控制模塊和機(jī)理過(guò)程分析模塊）、設(shè)備故障診斷模塊、 協(xié)調(diào)優(yōu)化模塊，涉及基礎(chǔ)回路控制層的自動(dòng)控制，設(shè)備單元層（終冷塔、洗苯塔、脫苯塔、管式爐等）的過(guò)程優(yōu)化控制，以及生產(chǎn)區(qū)域（經(jīng)濟(jì)效益）的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，各功能模塊作用如下：

數(shù)據(jù)采集模塊：主要包含原系統(tǒng)數(shù)據(jù)、化驗(yàn)室數(shù)據(jù)、煉焦/集氣過(guò)程系統(tǒng)數(shù)據(jù)、新增傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)/物性數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷及濾波處理。

軟測(cè)量模塊：建立粗苯質(zhì)量、洗苯塔后煤氣含苯量軟測(cè)量模型，并根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果修正模型輸出，縮減由于化驗(yàn)導(dǎo)致調(diào)節(jié)滯后的時(shí)間，及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)節(jié)。通過(guò)分析影響粗苯質(zhì)量的主要因素如：脫苯塔塔頂壓力、塔頂溫度、脫苯塔底溫度、過(guò)熱蒸汽溫度、富油入塔溫度影響，建立粗苯質(zhì)量軟測(cè)量模型。

過(guò)程單元優(yōu)化模塊：分析各過(guò)程單元特性，建立過(guò)程單元模型（前 饋反饋控制模型），根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷、原料變化、環(huán)境變化對(duì)相關(guān)低溫水流 量、煤氣流量、粗苯回流量設(shè)定值等進(jìn)行優(yōu)化；主要包含以下模塊：

（1）洗脫苯過(guò)程分析模塊

綜合分析煉焦過(guò)程揮發(fā)份、結(jié)焦時(shí)間、洗油密度、洗苯塔入口溫度、 壓力等業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)煤氣量、煤氣含苯等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行智能建模， 自動(dòng)調(diào)節(jié)洗油循環(huán)量、低溫水流量、煤氣流量、粗苯回流量等。

（2）終冷后煤氣溫度控制模塊

終冷后煤氣溫度主要受入口煤氣溫度\流量、循環(huán)水溫度\流量、冷卻水流量\溫度、換熱設(shè)備效率、環(huán)境溫度影響，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水流量控制終冷煤氣溫度。采用前饋—反饋控制方式計(jì)算冷卻水流量設(shè)定值，作為 PID 控制回路的給定。冷卻水量前饋控制模型包含煤氣終冷模型、環(huán)境變量自適應(yīng)修正模型。煤氣終冷模型能有效抑制終冷塔入口煤氣量、煤氣溫度、冷卻水流量的波動(dòng)影響，減小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。通過(guò)環(huán)境變量自適應(yīng)修正模型補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)及外界環(huán)境溫度對(duì)終冷煤氣溫度的影響。冷卻水量的反饋修正實(shí)現(xiàn)對(duì)終冷后煤氣溫度的穩(wěn)定跟蹤控制；控制框圖如下：

l 煤氣終冷模型

根據(jù)能量守恒，煤氣從終冷塔獲得的能量等于冷卻水和循環(huán)水提供的能量，得到冷卻水流量：

l 環(huán)境溫度變化對(duì)終冷塔散熱影響

季節(jié)、晝夜交替環(huán)境溫度變化較大，影響終冷塔換熱效果，通過(guò)分

析環(huán)境溫度變化趨勢(shì)，調(diào)節(jié)冷卻器冷卻水流量。

l 設(shè)備狀態(tài)跟蹤

根據(jù)換熱器熱負(fù)荷進(jìn)行分析，當(dāng)冷卻器冷凝液入口溫度、冷凝液入

口流量、冷卻水溫度、冷卻水流量穩(wěn)定，但冷卻器進(jìn)出口冷凝液溫差超過(guò)正常閾值，則提示終冷塔卻器換熱效率下降，需維護(hù)，同時(shí)增加冷卻水流量。

l 冷卻水流量反饋調(diào)節(jié)

根據(jù)終冷后煤氣溫度實(shí)際值與設(shè)定值的偏差，偏差變化率，結(jié)合工藝調(diào)節(jié)規(guī)則采用模糊控制算法計(jì)算冷卻器冷卻水流量調(diào)節(jié)量。

（3）洗苯貧油溫度控制模塊

洗苯貧油溫度主要受貧油在貧富油換熱、貧油冷卻過(guò)程的換熱效果、貧油溫度\流量、循環(huán)水溫度\流量、冷卻水流量\溫度、煤氣終冷溫度、環(huán)境溫度影響，通過(guò)調(diào)節(jié)二段貧油冷卻器冷卻水流量控制洗苯貧油溫度。 采用前饋—反饋控制方式，冷卻水量前饋控制模型包含貧油冷卻模型、環(huán)境變量自適應(yīng)修正模型。貧油冷卻模型能有效抑制二段貧油冷卻器入口貧油量、貧油溫度、冷卻水流量的波動(dòng)影響，減小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。通過(guò)環(huán)境變量自適應(yīng)修正模型補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)及外界環(huán)境溫度對(duì)貧油洗苯 溫度的影響。冷卻水量的反饋修正實(shí)現(xiàn)對(duì)洗苯貧油溫度的穩(wěn)定跟蹤控制；

控制框圖如下：

貧油冷卻模型根據(jù)能量守恒，貧油從換熱器獲得的能量等于冷卻水提供的能量，得到冷卻水流量。

l 環(huán)境溫度變化對(duì)終冷塔散熱影響

季節(jié)、晝夜交替環(huán)境溫度變化較大，影響終冷塔換熱效果，通過(guò)分析環(huán)境溫度變化趨勢(shì)，調(diào)節(jié)冷卻器冷卻水流量。

l 冷卻器設(shè)備狀態(tài)跟蹤

根據(jù)換熱器熱負(fù)荷進(jìn)行分析，當(dāng)冷卻器冷凝液入口溫度、冷凝液入口流量、冷卻水溫度、冷卻水流量穩(wěn)定，但冷卻器進(jìn)出口冷凝液溫差超過(guò)正常閾值，則提示終冷塔卻器換熱效率下降，需維護(hù)，同時(shí)增加冷卻水流量。

l 冷卻水流量設(shè)定值反饋調(diào)節(jié)

洗苯貧油溫度反饋當(dāng)終冷后煤氣溫度低于上限，根據(jù)洗苯貧油溫度

實(shí)際值與設(shè)定值的偏差，偏差變化率，計(jì)算冷卻器冷卻水流量調(diào)節(jié)量。終冷后煤氣煤氣溫度與洗苯貧油溫度溫差反饋洗苯貧油溫度要高于終冷后煤氣溫度 1~4℃，當(dāng)終冷后煤氣溫度超上限，且溫差低于 1 時(shí)，調(diào)節(jié)洗苯貧油溫度目標(biāo)值。

（4）脫苯管式爐出口貧油溫度控制模塊

l 影響因素出口貧油溫度主要受入口貧油溫度、入口貧油流量、煤氣流量、煤氣壓力、煤氣熱值影響，通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣入爐量控制爐出口貧油溫度。模塊輸入輸出如下：

l 控制策略

由于入管式爐煤氣壓力波動(dòng)較頻繁，影響管式爐出口貧油溫度，進(jìn)一步影響脫苯操作，根據(jù)入爐煤氣壓力、爐膛溫度進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)；根據(jù)煤氣流量和爐出口貧油溫度進(jìn)行串級(jí)調(diào)節(jié)，保持管式爐出口貧油溫度在正常范圍內(nèi)。

（5）再生管式爐出口溫度控制模塊

l 影響因素

再生管式爐出口溫度主要受入口貧油溫度、入口貧油流量、煤氣流量、煤氣壓力、煤氣熱值影響，通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣入爐量控制爐出口再生油溫度。模塊輸入輸出如下：

l 控制策略

由于入管式爐煤氣壓力波動(dòng)較頻繁，影響管式爐出口再生油溫度，

進(jìn)一步影響脫苯操作，根據(jù)入爐煤氣壓力、爐膛溫度進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)；根據(jù)煤氣流量和爐出口再生油溫度進(jìn)行串級(jí)調(diào)節(jié)，保持管式爐出口再生油溫度在正常范圍內(nèi)。

（6）脫苯塔頂溫度控制模塊

l 影響因素

塔頂溫度主要受管式爐進(jìn)出口富油溫度、富油流量，過(guò)熱蒸汽溫度、流量，粗苯回流量、溫度，脫苯塔壓力影響；模塊輸入輸出如下：

l 控制策略

采用前饋—反饋控制方式，粗苯回流量前饋計(jì)算模型能有效抑制富

油量及溫度、過(guò)熱蒸汽壓力的波動(dòng)影響，粗苯回流量的反饋修正實(shí)現(xiàn)對(duì)脫苯塔頂溫度的穩(wěn)定跟蹤控制；

設(shè)備故障診斷模塊：根據(jù)檢測(cè)、化驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)表，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷。