為乙烯裝置安裝上中國“大腦”

“EcSOS通過計算即可快速完成乙烯原料優(yōu)選和生產(chǎn)操作優(yōu)化，推動了我國乙烯生產(chǎn)優(yōu)化手段的進步，可為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。相比其他軟件，EcSOS功能更強大，更適于國內(nèi)乙烯原料和裂解爐復(fù)雜多變的現(xiàn)狀，已在蘭州石化和四川石化實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。”6月1日，記者從中國石油石油化工研究院獲悉，由該院蘭州化工研究中心與清華大學(xué)共同開發(fā)的大型乙烯裂解爐模擬優(yōu)化系統(tǒng)（EcSOS），已在國內(nèi)多套乙烯裝置上實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，并取得良好效果。

EcSOS是一款乙烯原料及裂解爐操作優(yōu)化軟件。乙烯裂解原料復(fù)雜多變，生產(chǎn)過程缺乏快速有效的優(yōu)化手段，導(dǎo)致原料利用率、產(chǎn)物收率及生產(chǎn)成本等無法達到最優(yōu)。為此，石化院自主開發(fā)了工業(yè)軟件——EcSOS，填補了該領(lǐng)域國產(chǎn)化軟件的空白。

將分散的數(shù)據(jù)連通　讓數(shù)據(jù)創(chuàng)造出新價值

(資料圖)

當(dāng)前，全球?qū)Y源的需求使得石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著前所未有的激烈競爭。通過信息化升級大幅挖掘潛力，迅速提升化工產(chǎn)品競爭力，顯得十分迫切。

蘭州石化橡膠廠丁苯車間工程師李金山從事信息化工作多年，他認為，就我國石油而言，生產(chǎn)裝置已經(jīng)具有很強的信息化條件和基礎(chǔ)，采集了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

“但這些數(shù)據(jù)在應(yīng)用分析和利用等環(huán)節(jié)還存在瓶頸。”李金山說，究其原因，是缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的分析利用及模擬優(yōu)化平臺，導(dǎo)致這些分散的數(shù)據(jù)相互之間不能連通，也就無法通過挖掘數(shù)據(jù)創(chuàng)造價值。“我們需要能服務(wù)于數(shù)據(jù)應(yīng)用的工業(yè)軟件，才能使數(shù)據(jù)創(chuàng)造出新的價值。”李金山表示。

工業(yè)軟件被形象地稱為生產(chǎn)裝置的“大腦”。工業(yè)軟件是對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)律的模型化，以支撐和改進生產(chǎn)制造過程。“工業(yè)軟件不但可以控制產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)備運行，還可以把產(chǎn)品和設(shè)備運行的狀態(tài)實時展現(xiàn)出來，通過分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品和設(shè)備的運行上，設(shè)計和計劃環(huán)節(jié)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。”石化院大型乙烯裂解爐模擬優(yōu)化系統(tǒng)項目負責(zé)人田亮說。生產(chǎn)過程的優(yōu)化和穩(wěn)定控制是保障企業(yè)降低運行成本、提高生產(chǎn)效率、打造核心競爭力的前提。“工業(yè)軟件是解決上述問題的有效手段。”田亮表示。

當(dāng)前，乙烯裝置大型化、裂解原料多樣化的趨勢越來越明顯，生產(chǎn)企業(yè)往往無法及時掌握原料裂解性能。同時，裂解爐在操作過程中受結(jié)焦等實際運行情況的影響，操作狀態(tài)不斷變化，傳統(tǒng)的維持全周期裂解條件不變的生產(chǎn)方式不能充分挖掘裂解爐的潛力。

相比傳統(tǒng)的實驗室優(yōu)化技術(shù)和工業(yè)爐現(xiàn)場標定方法，計算機模擬技術(shù)可以準確、靈活和快速地對乙烯裂解實際生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。然而，國外軟件只能模擬計算，缺乏優(yōu)化功能，且不能針對國內(nèi)原料和裝置運行情況作出相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致國內(nèi)廠家實際使用效果不佳。

大型乙烯裂解爐模擬優(yōu)化系統(tǒng)項目利用計算機技術(shù)，結(jié)合大量的實驗數(shù)據(jù)和工業(yè)爐實際運行情況，自主開發(fā)了熱裂解制乙烯原料及裂解爐操作優(yōu)化軟件EcSOS，實現(xiàn)了在國內(nèi)復(fù)雜多變裂解情況下對裂解爐進行準確、靈活和快速模擬優(yōu)化的技術(shù)突破，可以形成針對性強的個性化裂解爐模擬優(yōu)化運行方案。

提高資源配置效率　數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級

EcSOS平臺可根據(jù)生產(chǎn)需求和市場變化，對原料進行快速模擬評價并獲得最優(yōu)的裂解操作條件，使得生產(chǎn)過程更柔性、更智能、更集成化，并且能實現(xiàn)知識獲取、規(guī)模化利用與傳承的完美融合。

針對乙烯生產(chǎn)的多目標優(yōu)化技術(shù)，可有效解決國內(nèi)乙烯生產(chǎn)裝置實際生產(chǎn)需求多變的問題。裝置投料前，先將參數(shù)輸入軟件，然后經(jīng)過計算，會自動提交一份優(yōu)化后的操作方案。按照這個方案組織生產(chǎn)，可以最大限度提升資源的配置效率，使生產(chǎn)過程的降本增效措施落地。

“蒸汽熱裂解制乙烯的生產(chǎn)過程，是所有石油化工生產(chǎn)中流程最長、設(shè)備最多、工藝機理最復(fù)雜的一環(huán)。”蘭州石化公司石化廠生產(chǎn)技術(shù)科李國新說，裂解爐是石油化工的龍頭，要想整個裝置達到最優(yōu)化運行，裂解原料優(yōu)化和裂解爐運行優(yōu)化是最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。EcSOS的應(yīng)用使得操作人員在投料前就掌握了原料的裂解性能、最優(yōu)的操作條件及裂解產(chǎn)物的分布，能夠在不增加大型設(shè)備投資成本的基礎(chǔ)上，有效發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運行潛能，促使增產(chǎn)、節(jié)能與降耗等目標的順利實現(xiàn)，協(xié)助生產(chǎn)企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟效益。

“對比國外同類別軟件，EcSOS模擬功能更全，且具有優(yōu)化功能，更適于國內(nèi)乙烯企業(yè)需求目標多樣化的實際生產(chǎn)情況。”田亮介紹。

EcSOS中乙烯裂解過程的分級模型及算法，更貼近國內(nèi)實際情況。一套年產(chǎn)100萬噸規(guī)模的乙烯裝置，每年需要310萬噸以上的裂解原料。乙烯原料包括從最輕的乙烷、液化氣、拔頭油、石腦油、輕柴油，到末沸點500攝氏度以上的加氫尾油，導(dǎo)致裂解過程極為復(fù)雜。針對實際生產(chǎn)中原料復(fù)雜多變，EcSOS按原料的不同種類或產(chǎn)地，建立相應(yīng)的裂解原料數(shù)據(jù)庫及分子表征模型，實現(xiàn)原料分子水平的精準表達，從而為基于上千個自由基反應(yīng)的復(fù)雜機理模型的模擬過程提供數(shù)據(jù)支撐。針對氣態(tài)原料、液化氣、輕烴、石腦油、輕柴油、加氫尾油等分別優(yōu)化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)不同原料的分模型模擬計算，極大地提高了裂解產(chǎn)物預(yù)測精度，更有助于工廠優(yōu)化復(fù)雜多變的原料。

EcSOS的降維策略和數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，可實現(xiàn)求解“快速而不失真”。以蘭州石化公司石化廠乙烯裝置為例，裝置檢修完畢，在石化院科研人員的支持下，從要素指標輸入開始，一般僅用30分鐘左右，EcSOS軟件就能給出了優(yōu)化后的操作方案。

為“三化”融合奠定基礎(chǔ)　推動中國技術(shù)走出去

談到工業(yè)軟件的開發(fā)難點，田亮認為，工業(yè)軟件具有鮮明的行業(yè)特色，工業(yè)知識是工業(yè)軟件的核心，在反復(fù)應(yīng)用中沉淀和積累下來，包含研發(fā)、工藝、指標、業(yè)務(wù)流程、供應(yīng)鏈等各類知識，沉淀和匯聚了眾多的機理模型和先進算法。

 田亮說，EcSOS填補了該領(lǐng)域國產(chǎn)化軟件的空白，對于工業(yè)化、信息化、智能化的“三化”融合起到有力的促進作用，成功實現(xiàn)了乙烯裝置“大腦”的自主可控，為我國乙烯裝置和石化產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級和智能化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院院長李貴賢教授表示，石化院和清華大學(xué)研究團隊針對乙烯裂解模擬優(yōu)化開展了十幾年的研究，在前期大型乙烯成套技術(shù)國產(chǎn)開發(fā)項目中完成的設(shè)計版“石油烴裂解產(chǎn)物預(yù)測系統(tǒng)”，解決了國產(chǎn)化乙烯裂解爐設(shè)計中的關(guān)鍵核心問題。自主開發(fā)的全中文版EcSOS生產(chǎn)優(yōu)化版軟件，對國內(nèi)乙烯企業(yè)的優(yōu)化運行將會產(chǎn)生及時有效的指導(dǎo)，對提升裝置運行水平、提高企業(yè)經(jīng)濟效益都非常有意義。

目前，這項技術(shù)已在蘭州石化和四川石化公司實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，近5年為企業(yè)降本增效顯著，實現(xiàn)了核心技術(shù)的國產(chǎn)化，這為乙烯生產(chǎn)過程數(shù)字化升級的“石油方案”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

開發(fā)工業(yè)軟件需要跨學(xué)科，工藝、機械、電氣、通信、安全、軟件工程多學(xué)科交叉，需要專門的人才。石化院與清華大學(xué)強強合作，經(jīng)過艱苦攻關(guān)，不僅取得了技術(shù)上的重大突破，實現(xiàn)了乙烯生產(chǎn)工業(yè)軟件的自主可控，而且培養(yǎng)了一支高水平、能攻關(guān)的科研人才隊伍，為今后我國乙烯生產(chǎn)工業(yè)軟件的應(yīng)用拓展和石化行業(yè)工業(yè)軟件的開發(fā)積累了經(jīng)驗。