忆旧事 | 炼油自动化技术发展史料(下)

忆旧事 | 炼油自动化技术发展史料(下)
特别策划

《炼油自动化技术发展史料(下)》
 

——许永令

 

1969年,生产上必备的仪表

——在线超声比重仪开始研制

 

1969年开始上炼科研人员黄士超与同济大学声学所合作,研制在线超声比重测量仪。在线超声比重仪的研制关键是现场采样系统。

 

由于需要万分之几的精度和灵敏度,因此对恒温、恒压、恒流和缩短采样时间等都是严格苛求的。

 

该仪器经过了长期的运行考核,并经不断的改进完善而取得成功,满足了生产要求和计算机控制研发的需要,已经成为生产上必备的仪表。

 

【史实16】

1969年初开始

海炼油厂#1常减压装置采用

国产电子计算机的数字直接控制方式(DDC)

实现全装置生产过程控制

并持续应用13年之久

这是我国计算机直接控制生产过程的首例

是炼油自动化值得纪念的重大史实

 

我国第一套直接数字控制仪DDC

于1969年初投入使用

寿命长达十年之久

 

1968年,第一套直接数字控制仪试制成功,在上炼#1常减压蒸馏装置替代常规仪表,实现DDC控制。全装置共有40个回路,约80个测量参数。安装、调试、切换投运相当顺利。

 

由于当时条件所限,直控仪采用的全是分立组件,因此体积比较庞大,有四个机柜和一个操作台。

 

由于该机器在研制过程就把可靠性放在首位,因此机器性能相对可靠,在专业技术人员的精心维护下,自1969年初投用以后,直至1981年底,才被后来引进的DCS所置换,累计运行长达13年之久。

 

另外,1970年上海炼油厂由徐国璋负责仿制了一台直控仪,用于#2蒸馏装置。至此,由两套直接数字控制仪以DDC方式控制两套大型炼油装置,长达10年以上。

 

【史实17】

我国第一台工控仪JDK-331研制成功

1969年投入应用研究

 

我国第一台工控机提供控制技术研制成果并投入运行填补了国家空白

 

1968年底,在上海热工仪表所研制的工控机JDK-331运抵现场,经过安装及调试,1969年初投入运行,为模型试验工作做准备常压蒸馏优化控制建立模型的工作是在1966年上半年,厂校合作进行了现场调研和动态测试。

 

后来,由厂校合作的数学模型研究开发工作因“文革”原因而中断。在此情况下,周伯敏等人探索用统计方法建立静态模型的途径,1969年上半年完成。

 

其间曾运用JDK-331为测试及数据处理的工具,在热工仪表所沈钖玉的配合下,首先进行开环试验,从中分析每次控制输出的方向和幅度,用以检验该模型的安全性、有效性和可靠性。

 

9月28~30日实施闭环实验,为时48小时。通过总结分析,结论有二:一是计算机优化控制的第一阶段研发工作未能取得实质性功效,需继续探索;二是JDK-331尽管可靠性和功能都显不足,但这是我国研制的第一台工业控制机,它的研制成功并投入运行填补了国家空白。

 

我国第一台工控机JDK-331的研制,从1965年开始到1968年完成,1969年在上炼投用,提供应用研究之用。

 

【史实18】

在线超声波比重测量仪研制成功并长期使用

 

在线超声比重仪经石油部鉴定通过

 

1975年由石油部科技司韩福田同志在上海主持鉴定会,在线超声波比重仪通过技术鉴定,并推广应用。

 

类此作法,上海炼油厂还曾经采用微波技术设备研制了在线微量水测试仪,长期应用于原油含水的在线测量。

 

【史实19】

1972年石油部召开计算机应用会议(兰州)

 

1972年的两件大事

推动计算机控制的科研开发进入第二阶段

 

1)1972年石油部计算机应用会议1972年石油部在兰州友谊宾馆召开计算机应用会议,侯祥麟副部长主持会议,科技司韩福田负责主持上炼、兰炼、兰化三个国家自动化试点相关工作的讨论,主要对计算机应用中的问题加以诊断指导,并确定以后的工作方向。

 

兰州会议后,上炼常压蒸馏计算机控制的科研开发进入了第二阶段。

 

2)上海炼油厂支援金山建设

 

为建设上海石油化工新基地—金山石化,1972年上海市政府决定,由上海炼油厂成建制地调出行政、技术骨干人员300名,负责包建化工一厂(即后来的炼油化工部)。

 

上海炼油厂的仪表自动化人员,从1959年戴公白调南京炼油厂开始,不断有人支持新厂和小三线建设,此次调往金山的人员中,特别强调要配备计算机专业及专长人员,为此,在调出的仪表人员共20名中,计算机相关专业和有研制应用计算机经历的人员约占50%。

 

这在1972年那个年代,是难得的技术人才,上海炼油厂作为国家自动化项目试点企业,培养了一批计算机方面的专业技术人才,有力地支援了国家重点建设。

 

常压蒸馏计算机控制第二次会战

 

兰州会议后,1972-1975年上海炼油厂又组织了常压蒸馏计算机控制的第二次大会战,进行第二个阶段的合作开发自始至终完成该阶段研发工作的有浙大吕勇哉、复旦李训经和上海化工研究院钟霖田,这次合作,全凭着大家对计算机过程控制研发的积极性。这次合作是一次由炼油、数学、自控、化工和计算机等专业人员有效组合的合作,工作的过程是各专业相互学习、相互渗透的过程。其间,复旦李训经老师主动讲授离散数学、分布参数和控制论等课程,使全体人员受益匪浅:吕勇哉老师在方案建立、控制结构确定、前馈补偿模型的取得和最后各前馈的试行叠加处理上都起着主导作用。该控制系统于1974年秋完成,通过了长期的运行测试。测定的结果是令人满意的,前馈补偿作用在80%以上,这在工程上已令人满意。在实际使用中,确实能够确定对航空煤油质量明显增强的抗干扰能力。该项科研成果的意义在于,由于比较彻底地解决了全塔各个主要扰动的动态补偿,保证了航煤质量,才能论及优化控制课题。正如兰州计算机会议所指出的那样,“欲实现优化控制,首先要解决好动态问题,没有平稳的工况,就不可能优化”。

 

【史实20】

常压蒸馏航空煤油多变量前馈

和比重反馈控制研发成功

是算机控制技术进步的重大成果。

 

常压蒸馏多变量前馈和比重反馈控制系统通过鉴定

为今后优化控制的研发奠定基础

 

1975年7月在上海浦江饭店召开常压蒸馏计算机控制技术鉴定会由石油部科技司韩福田主持。鉴定会认为,上炼常压蒸馏计算机控制在第一阶段探索性工作后,第二阶段通过与浙大、复旦、上海化工研究的通力合作,取得可喜成果,实现了对常压蒸馏航空煤油的多变量前馈和比重反馈控制。该系统的开发成功,既有利于当前生产,同时也为今后优化控制的研发奠定了良好的基础。

 

【史实21】

这是我国第一个投用的DCS组件

——TDC-2000的基本控制器

 

TDC-2000的控制组件BC在减粘装置投运

 

1977年,山武·HONEYWELL展出了TDC-2000的一台基本控制器BC(Basic Controller)。由于上海炼油厂已经成功地使用了直接数字控制仪,具有DDC技术应用的长期经验,为此,在展览会结束后,山武公司把该产品送给了上炼。上炼由徐国璋负责,在很短的时间完成安装调试,8个回路逐个切换,完成了DDC。

 

1977年上炼仿制多品种在线分析仪并扩大应用

 

1977年下半年,上炼仪表车间组织了在线质量仪表的会战。兰州炼油厂自动化所研制了多种在线质量仪表,但直到1977年仍然没有生产厂商接产。

 

上炼由质量仪表组徐雨生负责,在半年多的时间里,自制干点黏度、馏分、凝固点、闪点、比重等在线质量仪表约20多台,这批仪表多数集中安装在1#蒸馏和2#蒸馏,以提高全厂龙头装置的自动化水平。

 

【史实22】

引进全国首套集散控制系统

1982年1月成功投用

 

引进全国首套集散控制系统并于1981年1月成功授用

炼油自动化技术发展将进入了新的阶段

 

1979年,石油部陈烈民部长、焦力人和李天相副部长来上海炼油厂视察,本人在石油部生产技术司侯芙生司长的安排下,直接向三位部长汇报炼油自动化工作,明确提出申请外汇,引进过程控制计算机。

 

经石油部批准,下拨25万美元,开始引进工作。在引进过程中,我们对DEC公司的PDP11/24和FOXBORO的集散系统SPECTRUM作了比较,无疑集散系统是最先进的系统。

 

为此我们申请增加外汇额度,从25万增加到50万美元,引进了内第一套完整的集散控制系统,投资46万美元。1980年下半年签约,1981年5-8月验机和培训,1981年12月到厂,1982年1月在#1蒸馏装置一次投运成功

 

1984年制订上海炼油厂计算机应用规划。1984年上炼制订了计算机应用规划,确定从1982年初,第一套分散系统投用开始,炼油自动化技术发展将进入了新的阶段,计算机应用规划的要点是:

 

1.逐步形扩大DCS应用,基于当时DCS通信尚未开放,因此拟以同品牌的来扩展应用,希望在催化裂化,酮苯脱蜡等主要装置尽供用DCS,在油罐区和其它次要工艺装置集中使用卫星式Ⅰ/O,建立FOXNET实时网络,尽快完成实时信息系统建设。拟设调度管理机FOX-1/A,将最初用于调度的小型计算机FOX-300转给罐区,建立罐区子系统。

 

2.突出重点目标四个,常减压,催化裂化,酮苯脱蜡,生产调度。这是三个举足轻重的工艺装置和一个全厂生产的核心,这四个目标上的任何突破都是至关重要的。

 

3.研发生产调度操控软件。油罐区自动化功能是调度管理所必须的,因此理划中采取以FOX-300小型机和卫星式现场Ⅰ/O组成的油罐区子系统方案。

 

该规划的有关技术开发课题仍然努力坚持按规划实施,常压蒸馏、#1催化裂化、#2酮苯脱蜡的过程控制开发和调度专家系统各项目逐期展开。

 

【史实23】

多侧线质量模型,质量收率协调优化。

 

【史实24】

常压蒸馏优化回流取热。

 

【史实25】

常压蒸馏质量、收率、能耗协调专家系统。

 

蒸馏计算机控制第三次合作开发开发

 

1986年,再一次与浙江大学合作常压蒸馏控制的研发,这是在已经使用DCS的情况下,对常压蒸馏的第三阶段的系统开发。

 

双方持续多年开发了集成化的优化控制系统,对常压塔各侧线用工艺模型计算其产品的馏程,在工艺模型计算中,用产品质量分析数据将各线馏程拼接成全流程的实沸点曲线,再以实沸点曲线作为原油特性,计算出各侧线产品的馏分。

 

在机理模型的计算中,为了增加模型的实时性,引入了动态的内回流计算,以此来修正质量模型计算出的结果。

 

测试证实了该模型的计算结果,其静态精度<±2.5℃,并有较好的动态性能,能满足实时控制的要求。

 

质量计算模型是集成优化系统的基础模块,把质量指标设置为约束条件,通过对侧线抽出量和冷回流的调节,获取产率的提高,该系统较好地解决了大系统理论应用的实用性和可靠性。

 

常压塔回流取热优化控制系统在对常压塔汽液负荷精确计算的基础上,建立了最佳回流分配优化模型,该模块设有安全和质量的15个约束变量,引入了热平衡和动态补偿环节,实现取热的优化控制。

 

在质量收率系统和回流优化取热系统之间,由知识推理的专家系模块来进行协调优化各模块集成就构成了常压蒸馏集成优化系统,该系统经过较长时间的运行经验,性能稳定,具有明显的经济效益,取得可喜成果,经中石化鉴定通过,并获得技术进步三等奖。

 

【史实26】

反/再分散鲁棒控制系统

 

【史实27】

基于模糊模型的状态估计

实时优化专家系统

 

【史实28】

用模式识别对稳定汽油蒸汽压的估计与控制

 

【史实29】

主分细粗汽油干点的在线估计与控制

 

【史实30】

催化裂化装置故障诊断专家系统

 

催化裂化计算机递阶控制系统开发

 

1986年浙大吕勇哉教授与本人共同研讨,确定对催化裂化装置全过程作控制技术的系统性开发。

 

双方长期在催化裂化装置上进行调研、测试、试验,调整方案,再试验,如此反复多次,直至最后取得进展,大家付出了艰辛的努力。

 

吕勇哉教授基本上做到定期地、阶段性地、逐个课题地、面对面地指导。经过调查研究,将催化裂化全过程分解为反应一再生,主分馏、吸收一解析一稳定、全装置故障诊断等五个子项目,经过三年多的时间逐一完成,最后由五个子项目集合构成了“催化裂化计算机递阶控制系统”。

 

这五个分项目于1990年6月分别经由中石化鉴定通过,1991年由五个项目集合为“催化裂化装置递接计算机优化控制”系统,获中石化1991度技术进步一等奖。

 

DCS扩大应用突破15年的阻力,开放后蜂拥而上

 

1982年1月第一套DCS引进投用之后,在中石化内部对DCS应用争论长达10年以上,原因在于很多人看不到计算机对监督管理生产过程的重要作用。DCS扩大应用受阻了15年(1983-1998年)

 

1998-1999年DCS应用放开,于是出现一拥而上的局面。时至今日,我们可以清楚地看到,APC技术和在线实时优化技术都必须建立在DCS基础平台之上。

 

与华东化工学院合作开发润滑油系统的控制技术

 

1987年5月华东化工学院蒋慰孙先生和邵惠鹤、俞金寿老师来到上海炼油厂,专题讨论合作开发事宣。

 

双方确定合作,共同开发润滑油系统的自动化项目,商定课题有酮苯脱蜡最佳稀释比控制、酮苯脱蜡溶剂回收热能利用优化(热负荷最佳分布)、溶剂精制最佳萃取控制、丙烷脱沥青等。

 

值得说明的是,当时国外的润滑油生产装置已经全部采用DCS实施实时的监督管理,用 HONEYWELL的4500小型机对润滑油频繁的方案切换实施顺序控制。

 

在少数以工艺擅长的系统工程公司,如PROFMATIES、 ICOTRON、 SIMCON和英国的KBC公司,已经推出润滑油的APC策略。

 

因此,开启润滑油系统的过程控制技术开发,在国内和国外都具有重要的意义。

 

【史实31】

酮苯脱蜡采用相关积分搜索法实现最住稀释比控制

脱蜡油收率优化

 

【史实32】

“变频调速技术在炼油工艺过程控制中的应用”项目

于1991年6月经中石化总公司鉴定通过

并获1991年中石化技术进步等奖

 

酮苯脱蜡采用相关积分法的最佳稀释比控制

 

1987年,“酮苯脱蜡最佳稀释比控制”子系统的任务是根据润滑油原料总量和各馏分分量安排好各装置的最适处理量和切换方案。

 

如果是用大系统递阶分解方法建的计划模型,则分为两个层次来进行;如果是用线性规则计划优化模型来做,则可以一次性完成,即在全厂生产计划优化安排中,直接得出各装置的处理量和方案切换周期。

 

在酮苯脱蜡装置中,“最佳稀释比控制”是求取最大收率(脱蜡油)的重点模块。酮苯脱蜡装置提高脱蜡油收率是最大的经济效益所在,溶剂和能量消耗等次优化目标全从属于提高收率。

 

该项目自1988年开始至1990年完成,取得提高脱蜡油收率1%的显著效果。项目通过鉴定,并获中石化1991年度和国家教委1991年度科学技术进步二等奖。

 

应用变频变压设备VVVF实现控制系统节能

节约电量高达70%

 

这是一个炼油自动化技术发展过程中的传奇故事,一个从创意、设计、实施的全过程只用了一个星期时间就完成的研发课题,这就是“运变频变压技术,实现炼油过程控制系统节能”的项目1989年10月,日本三肯公司推销变频器产品(VF),本人筹划看类产品的应用方案。

 

方案是将电机调速和仪表控制相结合考虑,仪表制器输出不去调节控制阀,而是直接去调节电动机转速,把原来电气业的电力拖动技术与仪表控制技术相结合,把控制阀截流的压力损耗部免除,节省了相当大量的电能,这一创意,可节约的电费短期就可收回VF设备的投资,选定料酮苯脱蜡的#5塔塔底液面控制作为实验对象,快速设计、安装、调校、投用,并获得一次性投用成功,节约电量高达70%。

 

【史实33】

微机网络管理信息系统建成

 

20世纪80年代前期制订规划,建立以实时过程信息系统为主的综合信息系统。

 

规划中实时的生产管理设有 FOXⅠ/A的预案,而管理信息系统的配置没有方案,暂时开了天窗。

 

DCS叫停后,规划要求先建好实时网络的方案只进行了一半就受阻了,正在此时,微机应用浪潮席卷我国,用微机网络建立管理信息系统的条件已经成熟。

 

上炼比其他兄弟厂优越之处在于部分实时的生产信息已经送进了行政办公楼,管理信息系统的建设工作由潘衍春负责筹划与协调,在作法上采取逐个子系统开发、建立,并采用了3com网,逐期延伸扩展,先后建立起计划统计、质量、财务、设备、人事、生产调度、劳资、安全环保八个子系统。

 

该信息系统的开发宗旨是首先完成基础业务计算机化,建立计算机操作的各类统计报告、台账、档案。系统于1990年建成,1991年通过技术鉴定。 

 

作者简介


许永令,已故,江苏苏州人,1934年生,高级工程师。1951年入河北省立高级工科学校(天津)电机工程科。1954-1994年在上海炼油厂工作,历任技术员、车间主任、科长、副总工程师,退休后从事民企技术咨询及顾问工作。先后任上海市自动化科学技术委员会委员、中国自动化学会仪表及装置委员会委员、中国仪器仪表学会过程检测与控制分会理事、中国仪器仪表学会过程检测与控制分会仪表及应用专业委员会委员,《自动化仪表》杂志编委会副主任、编委,上海交通大学自动化研究所顾问,华东化工学院生产自动化专业委员会委员,上海市石油学会秘书长、常务理事。曾发表《建立企业信息系统若干问题》、《建立炼厂综合信息系统的目标和策略》、《运用变频变压技术实现炼油过程控制系统节能》等论文。

 

 

《飞鸿踏雪泥》收录的文章多是以第一人称记述,是我国仪表和自动化人的亲身经历、亲手所为、亲眼所见,这些文稿、照片是新中国成立60多年来我国仪表和自动化事业发展历史的宝贵素材。一篇篇文稿饱含深情的记录着历史,一张张凝聚并唤起记忆的老照片,将我们的思绪带回到了60多年历史进程中。那些曾经的人和事,不仅让人们领悟了历史赋予的深意,更让人们体会到在“人”“事”之中所蕴含的规律和精神。

 

但是,仪表人的故事能进入报纸、杂志、电视、网络等大众传媒的却不多,“会道的一缕藕丝牵大象,盲修者千钧铁杆打苍蝇”,仪表自动化专业就是这一缕细细的藕丝,仪表自动化人常常成为幕后英雄,容易被世人遗忘,其成功的经验和失败的教训也有可能随风飘散。

 

仪表圈作为行业内最大的互联网知识社群,有义务将老一辈仪表人的“人”和“事”分享给更多的人,精析历史,启迪未来。

 

仪表圈发起人任三多与范忠琪老先生合影 

 

特别感谢:中国仪器仪表学会科普工作委员会

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