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从数字化迈向智慧化的智能炼化建设

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-08-31 11:07

炼油化工工业作为流程工业中最重要的制造业组成部分,是经济社会发展的支柱产业和实体经济的重要基石。经过几十年的发展,我国炼油工业无论是在产业布局、加工规模与基地化园区化发展、装置结构与加工原油适应性以及产品数量、结构与质量升级、清洁生产与节能环保、HSE与替代燃料等方面,还是在催化剂与加工工艺、技术装备与工程化、管控信息化以及智能化发展等各个方面均取得了长足的进步。持续多年的高速发展,使得炼化产业的总体规模大幅提升,如我国的炼油加工能力和乙烯产量均已稳居世界第二,综合实力不断增强,不仅对国内国民经济和社会发展做出了重要贡献,也成为支撑世界经济发展的重要力量与组成部分。
但是,我们也清醒地看到,中国经济发展进入新常态以后,炼油业也面临着诸多问题与挑战,例如,如何化解产能过剩问题;如何应对资源约束、从而高效化资源优化利用以及产品质量升级和产品结构转型升级问题;如何加快实现炼化一体化,基地化园区化发展与区域优化、布局优化问题;如何做好节能减排、低碳绿色化的社会和谐与可持续发展问题等等。这些问题与挑战可以高度概括为“资源、能源、环境与安全”对炼化产业的约束与制约问题
与发达国家、世界先进水平相比较,我国炼油工业从技术层面上说,已经具备了传统工业化中机械化、电气化、自动化的基本特征,可以说总体上差距不是很大,但在信息化方面还是有一些差距的,主要表现在工业化阶段所要求的全面自动化还没有完全或全部完成,这在一些小企业和部分老企业以及某些装置、单元(如一些环保装置)上显得尤其突出;而从信息化阶段要求的数字化即计算机化和网络化、模型化来说,我国炼化产业与之相比的差距就较远了,更不要说再与信息化智能化发展后进行比较了。工业化和信息化都只是手段,工业化主要是通过技术进步实现大规模工业化生产,从而极大地创造财富。而信息化则主要通过将先进的信息技术和其它技术进行集成、融合,从而大力提升、改造传统产业,使企业达到“科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥”等目标,也就是“资源高效化转化、过程低碳绿色化”,最终实现跨越式发展。
与离散工业很大不同,流程工业的炼油化工行业有很多显著特点:来自世界不同产地或同一区块但性质变化的原油(石油)进入加工企业,经过预处理、混合(通常如此,由数种或数十种原油(料)混合)后进入第一套生产装置(如常减压装置),分离成多种中间物料供下游不同的装置、单元加工、处理。通过加工企业不同装置、单元的物理与化学反应,也就是通过“信息流”、“能量流”的作用过程,“物质流”发生了变化,原油变成了中间产品和最后合格的成品如汽煤柴油、芳烃、润滑油、焦炭、硫磺等。这样的过程实际上无论是工艺还是中间产品或最后的成品都是相对固定的,无法像离散工业那样可以对产品进行单个(件)的计量,产品生产过程是连续、不可分割的,某一套装置、单元的加工过程出现问题将会影响整个企业的产品(数量、质量),产品以及产品生产过程复杂,且往往机理不很清楚、单一明了,通常比较难以建立数学模型或数字化。由于炼化企业通常是由一系列不同装置、单元组成的,原油资源还受国际政治、军事、经济市场等因素影响而复杂多变,性质往往变化较大,生产条件、工况随之波动较大,加上产品市场也是变化多端、瞬息万变,炼化生产过程的各类参数需要随时调整,但由于原油(料)性质(特别是组成与结构)、设备性能参数、工艺参数、产品质量等数据信息难以做到实时或全面的监测、监控,炼化企业的测量(数字化)和建立数学模型较难,管控、决策优化也比较困难,且全系统、产业链的优化绝不是各装置、单元最优结果的简单叠加。
导致上述问题以及使得炼化产业面临“资源、能源、环境与安全”挑战的最突出的原因之一还是炼化信息化的水平和能力跟不上产业发展的步伐。虽然下述各种系统的内容上均有不同程度的进步与发展,但现有的炼化信息化基本上还停留在上世纪九十年代初就已经提出并推广的“三层次构架”模式中,即“底层的控制系统,如可编程控制器(PLC)、集散型控制系统(DCS)、现场数据总线(FCS)和紧急停车(ESD)系统、安全仪表系统(SIS)、火灾及气体监测系统(FGS)、储运自动化系统(MAS)、压缩机组控制系统(CCS)等以及优化系统如先进控制(APC)系统、实时优化(RTO)系统;中间层的MES系统,包括工厂信息管理系统(PIMS)、短期生产计划、作业排产和调度(APS)、实验室信息管理系统(LIMS)以及满足生产特殊需求,如数据调理和校正、运行数据统计、公用工程平衡管理、物料平衡等方面的信息化系统;顶层经营决策系统,如企业资源计划(ERP)系统、供应链管理(SCM)系统等”。这些信息化系统、项目基本上都相对独立、集成性偏差,特别是DCS与MES之间一直是薄弱环节,而发端于财务计算机管理系统、经历了物料需求计划(MRP、MRPII)、配置资源计划系统(DRP)的融合发展,分别由MRPII演变而成的企业资源计划(ERP)系统、DRP演变成供应链管理(SCM)系统,对MES、DCS等生产系统相关信息化的融合、指导关系很弱,信息化与工业化的融合程度不高。