Content uploaded by Victor Dozortsev
Author content
All content in this area was uploaded by Victor Dozortsev on Oct 10, 2015
Content may be subject to copyright.
…
Http://www.avtprom.ru
39
2004
В последние годы российские предприятия топ
ливноэнергетического комплекса все активнее внед
ряют современные средства управления ТП. Это каса
ется как уровня измерительных и управляющих уст
ройств, так и уровня распределенных систем управле
ния (DCS и SCADAсистемы). Вместе с тем усовер
шенствованные системы управления (так называемые
APCсистемы – от термина Advanced Process Control)
пока не нашли должного применения на отечествен
ных предприятиях несмотря на то, что тысячи удачных
внедрений по всему миру свидетельствуют о достигае
мом с помощью таких систем существенном сокраще
нии производственных затрат, повышении качества
продукции и увеличении прибыли на инвестирован
ный капитал при крайне коротких сроках окупаемос
ти. Современные АРСсистемы реализуют широкий
спектр приложений от расширенного регулирования и
многоконтурных контролеров до оптимального управ
ления на основе прогнозирующих моделей.
Основная цель АРСсистем: за счет усовершенст
вованных методов управления уменьшить колеба
ния ключевых технологических переменных, опре
деляющих эффективность ведения ТП и, в первую
очередь, характеризующих качество продукции.
Обычно эти переменные колеблются вследствие из
менений свойств сырья и внешних условий, а также
возмущений, вносимых операторами при переходе
на другие режимы работы или при изменении пла
новых заданий.
Усовершенствованное управление смягчает по
следствия таких воздействий, в результате чего про
исходит:
• перемещение значений пе
ременных ТП "плотнее" к допус
тимым границам (снимается "за
пас по качеству");
• приближение режимов ТП
к оптимальным;
•достижение однородного
качества продуктов;
• более быстрый и гладкий
переход на другое сырье или на
новую спецификацию продукта;
• уменьшение объема необхо
димого технического обслужива
ния оборудования;
• снижение числа отключе
ний и сбоев.
Средние размеры экономии (в центах на баррель
перерабатываемого сырья), достигаемые на амери
канских нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ)
благодаря использованию АРСсистем, показаны на
рисунке. Эти данные опубликованы фирмой HSB
Solomon Associates, LLC (г. Даллас, США).
В пересчете на средний НПЗ, перерабатывающий
порядка 120 тыс. баррелей нефти в сутки (примерно 5
млн. тонн в год), это дает экономию в диапазоне от
1,5…5,5 млн. долл. в год для различных ТП. Напри
мер, для установки атмосферного разделения нефти
этот показатель – самый существенный вследствие
больших объемов переработки; при этом срок окупа
емости АРСсистем исчисляется всего несколькими
месяцами.
Построение АРСсистем невозможно без качест
венной настройки (а при необходимости – и без мо
дернизации) системы базового регулирования, а также
конфигурации и настройки системы расширенного
регулирования (многоконтурное регулирование, уп
равление по возмущению, упредители и т.п.). Именно
реализация этих нижних уровней АРСсистем создают
возможность построения их центрального звена – ал
горитмов оптимального управления на основе прогно
зирующих моделей (в англоязычной литературе назы
ваемых МРС – Model Predictive Control).
Несмотря на определенные различия между МРС
основных производителей, общими являются следую
щие основные принципы работы всех контроллеров:
для предсказания поведения ТП используются
линейные динамические модели, как правило, в фор
PROFIT ®CONTROLLER HONEYWELL
.. ( ""),
.. , .. ( " ")
-
, , , , -
-, , . -
, .
ме конечной импульснопереходной или временнoй
характеристики;
на основе последней по времени доступной ин
формации о ТП вычисляются будущие управляющие
воздействия (или манипулируемые переменные
(МП)), минимизирующие интегральную (на интер
вале прогнозирования) функцию потерь. Последняя
функция включает штраф за рассогласование между
прогнозируемыми и желаемыми значениями управ
ляемых переменных (УП) и штраф за амплитуду МП.
При оптимизации учитываются также ограничения
на УП и МП;
ближайшие по времени управляющие воздейст
вия применяются на объекте, а процедура оптимиза
ции повторяется с заданной частотой (как правило,
1…2 мин) с использованием обновляемой информа
ции о процессе;
разница между реальными значениями и теку
щими прогнозами УП вводится в качестве поправки в
прогноз будущего поведения процесса.
Описанный алгоритм реализуется в МРСкон
троллерах с помощью следующих модулей: коллектор
данных (запись значений технологических перемен
ных для проведения идентификационных экспери
ментов и анализа качества моделей); идентификаци
онный пакет (обзор и отбор данных; восстановление
моделей; выбор и верификация моделей); конфигу
ратор контроллера (импорт моделей; конфигурация и
настройка; имитационное моделирование MPC); ин
сталлятор контроллера и пользовательский интер
фейс оператора и инженера.
Реализация MPCконтроллера обеспечивает основ
ное преимущество АРСсистем перед схемами управле
ния без модели, заключающееся в преодолении недо
статка "слепого" управления путем учета поведения
объекта и ограничений на управляющие воздействия в
будущем. Именно это преимущество определило тот
факт, что на протяжении последних двух десятилетий
АРС стали наиболее применяемыми средствами опти
мизации управления ТП в ключевых отраслях промыш
ленности. Основываясь на отчетах главных производи
телей АРСсистем, можно оценить общее число внед
рений в мире в диапазоне 7…8 тыс. систем. Из них две
трети относятся к нефтепереработке, порядка 15% – к
нефтехимии, 8% – к химии, 2% – к целлюлознобумаж
ной промышленности.
Мировым лидером в области внедрения АРСсис
тем является отделение HiSpec Solutions корпорации
"Honeywell Controls International Ltd." – всемирно изве
стного поставщика широкого спектра продуктов и услуг
для предприятий и компаний топливноэнергетическо
го и химического комплекса. Совокупный опыт
Honeywell в разработке и внедрении систем усовершен
ствованного управления в нефтегазовом секторе превы
шает 1200 инсталляций по всему миру, в том числе по
рядка 750 на НПЗ ведущих мировых компаний. Страте
гическим партнером корпорации Honeywell в России
является ООО Совместное предприятие "ПЕТРО
КОМ", осуществляющее значительную часть работ по
настройке, внедрению и сопровождению систем.
Для непрерывных процессов химикотехнологиче
ского типа Honeywell использует технологию робаст
ного многоконтурного управления на основе прогно
зирующих моделей – сокращенно RMРCT (от Robust
Multivariable Predictive Control Technology), или Profit®
Controller. Модуль Profit®Controller используется в
АРСсистемах в сочетании с традиционными метода
ми расширенного регулирования (там, где последние
применимы и целесообразны). Profit®Controller может
работать как модуль приложений на существующих
распределенных системах управления или на автоном
ных ПК под ОС Windows NT/2000/ХР. При этом обес
печивается тесная интеграция со всеми другими при
ложениями АРСсистем или пакетами обработки дан
ных более высокого уровня. Модуль Profit®Controller
хорошо зарекомендовал себя на многих промышлен
ных предприятиях в разных странах мира.
АРСпроекты реализуются консультантами по
усовершенствованному управлению из Honeywell при
участии специалистов ПЕТРОКОМ, имеющих опыт
организации и осуществления подобных проектов в
России. Это обеспечивает получение продукта миро
вого уровня по приемлемой цене при профессио
нальной поддержке отечественной команды разра
ботчиков. Применяемая при этом проверенная мето
дология внедрения АРСсистем включает все необхо
димые проверки в соответствии с требованиями Сис
темы качества, сертифицированной по стандарту ка
чества ПО ISO9001:2000.
Заказчику предоставляется полный набор услуг по
поддержке и сопровождению проекта, включая оцен
ку прибыли после внедрения системы, проверку со
стояния системы, мониторинг эффективности управ
ления, поиск и устранение неисправностей, а также
консультации по техническим вопросам.
В российских условиях стоимость работ по внед
рению АРСсистем для различных ТП ожидается в
диапазоне 200…500 тыс. долл. США при сроке окупа
емости 3…5 мес.
В рамках обобщенного подхода к оптимизации
производства (т.н. концепция PlantWide Optimiza
tion) АРСконтроллеры для отдельных технологичес
ких установок могут быть объединены в модули
Profit®Optimizer, обеспечивающие динамическую
оптимизацию управления несколькими технологиче
скими установками. Основываясь на тех же динами
ческих моделях, что и МРСконтроллер, модуль
Profit®Optimizer осуществляет оптимизацию в РВ
при значительно меньших затратах, чем при фунда
ментальном моделировании ТП.
Наконец, модули Profit®Optimizer (или непосредст
венно МРСконтроллеры) могут объединяться в систему
фундаментального моделирования и нелинейной опти
мизации Profit®Max, обеспечивающую статическую оп
тимизацию существенно нелинейных ТП, моделирова
ние которых связано с наибольшими трудностями. В ча
…
Http://www.avtprom.ru
2004
40
…
Http://www.avtprom.ru
41
2004
стности, с помощью Profit®Max решается задача выбора
оптимальных режимов функционирования производст
ва в заданных экономических условиях с учетом свойств
исходного сырья и состояния оборудования.
Все возрастающий интерес к АРСсистемам на
отечественных предприятиях (несколько проектов
находятся в стадии предконтрактной подготовки;
первый проект уже реализуется на одном из НПЗ)
позволяет ожидать всплеск АРСвнедрений, кото
рый должен привести к качественным изменениям в
практике управления ТП на отечественных пред
приятиях.
Лебединский А.А. – генеральный директор ЗАО "Хоневелл",
Дозорцев Виктор Михайлович – др техн. наук, проф., директор департамента,
Кнеллер Дмитрий Владимирович – канд. техн. наук, руководитель проекта,
ООО "Совместное предприятие ПЕТРОКОМ"
Контактный телефон ЗАО "Хоневелл" (095) 7969800, факс (095) 7969893.
Контактный телефон ООО " СП ПЕТРОКОМ" (095) 3348771, факс (095) 3348800.
Еmail: info@honeywell.ru, training@petrocomjv.ru
.. ( "-"), .. (Linas Technology Inc.),
.. , .. ( "")
, -
. , Siemens. -
.
Наиболее распространенной промышленной техно
логией разделения в нефтегазовой, химической и нефте
химической индустрии является ректификация, которая
покрывает около 90…95 % рынка. Основы современной
промышленной ректификации в настоящем ее виде бы
ли заложены около 50 лет назад и с тех пор практически
не претерпели изменений.
Высоты современных ректификационных колонн ча
сто превышают 30 м. Ректификация потребляет огром
ное количество энергии как для нагрева, так и для охлаж
дения. Поэтому значительные усилия тысяч исследова
телей и разработчиков были сосредоточены именно в
этой области, но не принесли значительных улучшений
промышленной технологии.
Изза огромного содержания разделяемых веществ
внутри ректификационных колонн процесс ректифика
ции очень инерционен, и поэтому автоматизация разде
ления крайне осложнена, так как любое воздействие на
процесс извне приводит к появлению результата на вы
ходе через длительный промежуток времени. Это очень
затрудняет управление, программирование и создание
надежной и эффективной системы противоаварийной
защиты. Соответственно возрастает цена системы авто
матизации, и работающий персонал должен иметь высо
кую квалификацию.
Специалисты компании ЛинасТехно нашли прин
ципиально новое решение в согласовании дистилляци
онных процессов тепломассообмена и разработали но
вую промышленную ректификационную технологию
под названием технология Линас или в международном
варианте Linas Technology.
Промышленное применение технологии Линас по
сравнению с традиционной технологией ректификации,
реализуемой в тарельчатых и насадочных колоннах, име
ет следующие преимущества.
1. Значительное снижение габаритных показателей
колонн и металлоемкости – высота ректификационных
колонн Линас уменьшена в 3…10 раз по сравнению с тра
диционными тарельчатыми и насадочными колоннами
при одинаковом диаметре обечайки.
2. Снижение количества разделяемых веществ внутри
колонны Линас в 50…100 раз по сравнению с традицион
ными колоннами. Быстрый выход на рабочий режим,
благодаря малому содержанию разделяемых веществ в
колонне.
3. Возможность разделения веществ с ограниченной
термической стойкостью (термическое разложение, кон
денсация и поликонденсация, смолообразование, хими
ческий переход в нежелательную примесь), обусловлен
ная малым временем нахождения жидкой фазы в зоне
проведения ректификационного процесса – 2…60 с.
4.Повышение эксплуатационной надежности при
полном отсутствии условий отложения загрязнений на
внутренних полостях колонн. Это происходит за счет
создания строго контролируемого диапазона темпера
тур на внутренних поверхностях колонн, использова
ния только вертикальных поверхностей без застойных
зон, постоянно омываемых флегмой, и как указыва
лось выше, малого времени контакта жидкой фазы с
поверхностью.
5. Минимальная потребность в средствах автоматиза
ции для управления собственно колонной за счет осо
бенностей технологии Линас.
6. Повышенная промышленная и экологическая бе
зопасность за счет снижения рисков потенциальной
опасности установок при их эксплуатации.
7. Повышенная сейсмическая устойчивость колонн,
увеличенная сложность поражения колонн воздушными
террористами, сниженная площадь возможных наземных
разрушений в случае падения высотных конструкций за