【解决方案】和利时携手东岳有机硅材料有限公司打造有机硅装置全流程APC控制优化

• 关键词：和利时,HiaAPC,有机硅
• 摘要：有机硅装置是典型的流程生产工艺，涉及大量的反应系统、精馏塔操作，从工艺特性分析来看，反应过程和精馏过程存在内在机理，整体过程较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，具有典型的多变量、强耦合、大惯性大滞后、强干扰的复杂控制特性。常规的PID控制及DCS外加人工控制的方式难以实现装置工况的进一步寻优，也难以满足更高平稳性的要求。2020年北京和利时工业软件有限公司（以下简称“工软公司”）与山东东岳有机硅材料股份有限公司达成合作意向，为其提供定制化先进控制技术系统解决方案。

【项目背景】

有机硅装置是典型的流程生产工艺，涉及大量的反应系统、精馏塔操作，从工艺特性分析来看，反应过程和精馏过程存在内在机理，整体过程较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，具有典型的多变量、强耦合、大惯性大滞后、强干扰的复杂控制特性。常规的PID控制及DCS外加人工控制的方式难以实现装置工况的进一步寻优，也难以满足更高平稳性的要求。2020年北京和利时工业软件有限公司（以下简称“工软公司”）与山东东岳有机硅材料股份有限公司达成合作意向，为其提供定制化先进控制技术系统解决方案。

【项目建设内容】

本项目采用工软公司HiaAPC多变量先进控制软件对东岳集有机硅材料股份有限公司一期、二期有机硅全流程工艺，包括氯甲烷合成、单体合成装置、单体分离、水裂解装置、白炭黑装置实现全流程的APC先进控制优化，提升各装置的自控率、平稳率，使各装置能够实现“安全、稳定、连续、自动、优化”运行。

本项目实施装置数量多、流程长、过程复杂，包含了反应、精馏、裂解、聚合等化工过程。项目实施过程中，对全流程装置约1000个DCS控制回路进行了PID参数优化，复杂控制优化，保证系统自动投用率达到95%以上、生产稳定率达到95%以上。同时在控制优化基础上通过对各装置反应系统、精馏系统、复杂系统实施多变量预测控制、智能控制、智能报警等先进控制优化技术，最终实现各装置的稳定生产、精准控制，达到提高装置产量，提高产品品质，实现“卡边”操作，降低装置能耗的效果，并实现单体分离装置的“黑屏操作”。

图2 PID参数优化效果

图3 流化床温度APC优化效果

图4 精馏塔APC优化效果

【项目特点】

和利时基于多年在自动控制领域的研究和工程实践积累，自主研发了先进控制软件包-HiaAPC。整套软件包括先进控制运行平台、基于该平台的PID自整定、多变量模型预测控制和软测量软件，以及控制性能监控与评估软件，涵盖了从底层基础设施到中间层控制应用，再到上层性能监控所有先进控制涉及的业务逻辑范围，模块齐全，功能强大，可针对不同用户、不同工艺、不同装置进行组合应用，从而提高生产的控制水平，满足用户质量和效益的要求。和利时HiaAPC具有以下技术特点：

多变量模型预测控制器：以整个生产装置（或装置单元）为对象，根据各操作变量与被控变量间的线性或非线性模型关系，利用先进控制方法对装置实施多变量协调统一的控制，采用智能优化控制技术与专家经验相结合；

数据通讯技术：先进控制系统通过专用的数据接口，与生产装置进行实时、双向数据交换，通过调整常规PID控制的给定值或阀位值实现优化控制功能；

控制器优化技术：利用辅助的过程变量增强不可测量的前馈扰动估算，根据过程条件对模型和参数进行在线调整；

模型辨识技术：采用先进的模型辨识技术，离线控制器设计分析工具；

计算机集成技术：包括数据通讯技术、DCS监控逻辑以及无扰动切换技术等关键技术；实现DCS与APC系统的切换且不会对装置正常运行带来任何干扰，确保现场生产的稳定和安全；

人机界面：先进控制系统提供友好的操作界面和系统设计、组态、维护、管理、运行监视和调整界面以及实用高效的操作员操作画面；

智能控制：实现复杂系统的复杂控制优化。

【应用效果】

本项目为有机硅装置全流程的优化，实施装置流程长、过程复杂，通过对各装置控制回路的分析优化，以及APC先进控制优化的实施，最终在极大提高自动化程度的同时，为用户创造了良好的经济效益。

最终实现了以下效果：

大幅提升装置自控率及稳定率，本项目通过优化后装置自控率达到100%、生产稳定率达到100%；

大大改善生产过程动态控制性能，各控制指标更加稳定，本项目通过优化后降低关键工艺参数波动标准偏差达30%；

通过卡边操作，提高高价值产品收率、降低物料消耗，降低能源消耗、减少设备损耗、节约成本，本项目通过优化后综合能耗降低8%，提升装置负荷2.9%；

实现各个操作单元关键指标及时、有效、快速的超限预警；

实现裂解釜等间歇操作单元的一键操作；

实现分离装置的“黑屏操作”。

实现针对APC工艺报警快速定位并提供相应的异常处理预案，指导操作员进行事故处理，大幅度降低生产劳动强度，提高劳动生产率；

图5 操作提示

【项目意义】

在实施 APC 优化之前，由于单体组分波动大等各种原因，有机硅生产装置装置的能耗一直较大，产品质量难以稳定，和利时实施项目组秉承“真诚地为用户设想”的理念，从项目之初到项目验收投运，克服重重困难，最终圆满地完成了实施任务。山东东岳有机硅材料股份有限公司对和利时优质的软件产品及精湛的技术服务表示肯定，并对后期的双方合作提出了良好的展望。

和利时APC业务推广至今，已完成大量具有行业标志性项目，同时建立了高效的管理架构及标准化实施流程，致力于为用户提供先进过程控制全生命周期服务，为企业的“优化生产、节能增效”保驾护航！