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炼油化工生产有了“中国脑”

来源:超级管理员 发布时间:2013-01-30 作者: 阅读数:994次

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  炼油化工主要包括炼油、石化、化纤、化工、制药、建材(水泥、玻璃)等行业,具有高温高压、易燃易爆、化学反应等特点,其对自动化控制系统硬软件可靠性的要求非常苛刻。也就是说,炼油化工生产作业需要一个足够强大的安全、可靠、稳定的“大脑”——自动化控制与优化一体化系统——来支撑。而长期以来,国际国内市场上的这个“大脑”被美国的霍尼韦尔、艾默生、艾斯本和日本的横河等四家跨国公司绝对垄断着。


  “2010年美国通过‘震网(Stuxnet)’攻击西门子控制系统(PCS7)损坏某国核设施的事件说明,重要工业基础设施使用国外控制系统将面临国家安全风险,研究开发具有自主知识产权的自动化控制系统非常必要。”浙大-中控“中国脑”项目总设计师及产学研协作总协调人、浙大工业控制技术国家重点实验室主任褚健教授介绍说,炼油化工过程最怕出现的是重大事故,千万吨炼油生产装置一旦停车每天经济损失3000万元以上。同时,优化控制技术可以实现节能减排,一个炼油厂每年可优化增效超亿元。


  “比如大家都很熟悉的家庭用的塑料盒,国产的很多质量不好,微波炉烘烤后就会变形。而国外的有一些就很好,不会变形。但实际上,它的原料和我们的原料其实没有什么区别,都是石油产品。原因就在于生产过程中,我们产品的质量波动很大,均一性差。”禇健说,如何能够保证在同样的原料进来的情况下,使得产品质量稳定,这就涉及控制系统的优化问题。因此,研制安全可靠的“中国脑”,实现整个生产过程的优化控制,确保安全和产品质量稳定,对我国大工业乃至整个国民经济的发展来说极为重要。

  据了解,我国从“六五”就开始关注这一问题和领域的研究。浙江大学的相关研究从上世纪60年代末起步,2001年后与浙江中控联合研发,直至2009年, 380余人参加了技术研发和攻关。经过十年艰苦攻关,相关技术及产品彻底打破了跨国公司的技术封锁和市场垄断,跃居2011年国内化工行业市场份额首位,同时进入国际市场,产品出口印巴、两伊等国家,并在世界上第三个通过现场总线国际标准重要组织国际FF基金会新版技术标准的系统综合认证,与艾默生、通用电气形成三足鼎立之势,成为全球最具竞争力的控制与优化一体化技术与系统之一。

  “我们的总目标是研制大规模联合控制系统、优化控制软件以及集成化的控制与优化一体化技术,”禇健说,浙大研究团队目前已经充分掌握、实现了这些技术,凝练形成了绝对安全、低碳高效和协同设计方面的重大成果。

  课题组取得的“控制系统整体安全与高可靠性技术”成果,截止2011年12月,累计产业化应用9380套,210万个模块连接了2500万个现场传感器和执行机构,没有一个工程因系统故障导致生产停产。“全流程大闭环优化控制”成果在有关项目产业化应用中,提高产能1%、降低能耗3%。开发了多尺度数据平台和模型库,建立了以大规模联合控制系统为基础的回路控制、单元装置控制以及基于多层次性能评估的“全流程优化控制一体化”运行平台。

  浙大-中控研制的具有自主知识产权的炼油化工重大工程自动化控制系统,关键指标达到国际先进水平,其中冗余技术、控制实时性、优化控制技术等优于国外主流产品,达到国际领先。跨国公司横河、霍尼韦尔控制系统的冗余切换时间为1毫秒、最小控制周期为50毫秒,浙大-中控系统则分别为0.1毫秒、20毫秒,并在环境适应温度上后者比前两者分别宽出20℃和60℃。横河、艾默生、霍尼韦尔控制系统没有“模型参数在线校正”功能,“性能评估”为回路级,浙大-中控系统则能够进行模型参数在线校正,以及全流程级性能评估。

  浙大-中控系统区别于国内外单纯的抑制波动的技术,以创新的基于波动熵的全流程大闭环协调优化控制技术,成功“摆平”了常规控制下成千上万个过程参数波动此消彼长、按下葫芦浮起瓢这一长期困扰自动化领域的老大难问题。

  “中石化2011年4个千万吨以上规模炼油项目中,3个采用了我们的技术。中石化认为,浙大-中控优化控制一体化技术已经能完全替代国外的产品。”项目主要完成人、浙江大学智能系统与控制研究所黄文君教授说。

  比较优势使得“中国脑”后来居上,炼油化工领域的“中国面孔”越来越生动。项目成果投放于中石化长岭项目,实现了首个千万吨炼油项目突破性应用,取得显著的节能增效效果。应用于江苏灵谷45万吨合成氨、80万吨尿素(全球最大的单套尿素生产装置)的大化肥项目上,降低能耗3个百分点。在国内也是国际上最大规模的纯碱行业击败跨国公司,得到了大量应用。中石化国内最大的30万吨醋酸乙烯、中核集团10年不停车的500吨级铀浓缩项目,也纷纷选中了浙大-中控技术。国内千万吨炼油、百万吨乙烯等重大项目在选用工控系统时,越来越呈现“西退中进”的局面。2011年,项目技术产品国内化工行业市场占有率26.8%,高出排在第二、三位的霍尼韦尔、横河10到15个百分点,实现了“反客为主”,名列第一。近两年,项目成果还出口到巴基斯坦恰西玛的3号、4号核电站,并中标伊拉克、伊朗油气田项目等国际招标重大项目,单个项目合同额达到2.96亿元人民币。

  “继大炼油、大化工后,以煤为基础的化工产业将迎来新发展,控制与优化一体化系统未来五年将有500亿元以上的市场容量。我们的技术还可以进一步应用于可靠性要求更高的核电、国防装备等领域,为国家战略安全做出更大贡献。”禇健说。

  (文 韩天高/摄影 卢绍庆)