100万吨/年乙烯裂解装置APC项目

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实施概述

中沙（天津）石化有限公司（简称中沙石化），是中国石油化工股份有限公司和沙特基础工业投资公司以50:50的股比共同出资设立的大型石油化工企业，成立于2009年10月20日，坐落于天津市滨海新区，占地面积1.72平方千米，2010年5月11日正式投入商业运行。截止2014年总投资294亿元，注册资本98亿元人民币.

现拥有年产100万吨乙烯装置、65万吨/年裂解汽油加氢装置、4/36万吨环氧乙烷/乙二醇装置等9套先进工艺技术和世界级规模的主要生产装置及配套的厂内公用工程和辅助设施，生产包括化学品21种、功能性化学品5种、聚合物产品3类28个牌号的产品。

在中沙石化建厂初期，横河公司就成功安装了CENTUM CS 3000生产控制系统、Exaquantum工厂信息管理系统、工厂资产管理系统(PRM)，以及40,000多台HART现场设备，一直平稳运营至今。

此次横河负责为100万吨/年乙烯装置全流程先进过程控制（APC）项目提供咨询、设计、工程实施服务。同时供应APC软硬件、在线分析仪器。从2014年8月开始，横河按计划开展工作。2015年6月，完成分离单元的投用；2015年10月，完成裂解炉单元的投用。在试运行3个月后，于2016年2月完成了全流程APC系统的标定验收。

用户面临的问题

中沙100万吨/年乙烯裂解装置从开车以来，各项工艺指标逐步达到设计要求。但是，操作员劳动强度高，装置自动化程度还有待提高。同时，裂解炉的氧含量控制无法闭环，装置缺乏裂解炉COT的优化，分离工段还有减少产品损失、节约能耗的空间。为了提高装置自动化程度、优化操作运行、提高装置的综合效益，中沙迫切需要实施先进过程控制。

客户期望达到以下目标

• 稳定优化控制裂解深度，P/E波动控制在+/-0.05
• 节约裂解炉燃料气用量
• 稳定脱甲烷塔操作，降低塔顶乙烯含量标准差40%以上，减少乙烯损失0.02%以上
• 稳定丙烯精馏塔，降低塔底丙烯含量标准差40%以上，减少丙烯损失0.3%以上
• C2加氢反应器降低H2/C2H2 氢炔比4%以上
• 稳定C5塔操作，降低塔底温度标准差30%以上，节省C5塔中压蒸汽3%以上
• 所有被控变量标准差降低30%以上
• APC控制器投用率不低于95％
  

解决方案

100万吨/年乙烯裂解装置APC项目内容包括裂解原料在线分析，裂解深度实时优化，覆盖从炉区到分离工段主要生产设备的高级控制。

横河电机作为项目的承包商，为项目提供了一体化的综合解决方案。包括裂解原料在线分析系统，裂解深度计算，以及先进控制相关软件、硬件和工程服务。在项目建设期间，横河承担在线分析系统的供货、集成和开车调试，保证分析仪的测量结果传输到SPYRO中进行实时计算。同时，横河开发了SPYRO数据接口并成功投用。

横河的APC控制器SMOC，为11台裂解炉、4台加氢反应器、13个精馏塔提供多变量控制。提高了装置的控制水平减轻了操作员的劳动负担，并能够实时优化裂解深度。

取得的效果

APC系统全部上线运行后，将装置工况与APC实施前的工况进行对比标定，取得如下成果：

• P/E标准方差控制范围 在0.0045
• 双烯收率提高0.39%
• 燃料气消耗下降0.87%
• 脱甲烷塔顶乙烯含量标准方差降低60.66%，乙烯损失降低0.05%
• 丙烯精馏塔塔底丙烯含量标准方差下降74.18%，丙烯含量降低0.35%
• C2加氢反应器H2/C2H2比例降低7.42%
• C5塔塔底温度标准方差降低33.02%，中压蒸汽用量降低6.32%
• 所有被控变量标准方差降低54.66%
• 控制器投用率95%以上
  

用户的认可

中沙石化（天津）有限公司乙烯裂解装置专业工程师李文志先生说：“我们对横河电机系统和产品的可靠性感到非常满意。此次乙烯裂解装置APC项目完成之后，公司装置的自动化程度得到了大幅提升。裂解炉的运行做到了可观、可控、可优化。最难能可贵的是，做到了裂解深度的实时优化控制，这在国内是少见的。同时，装置的燃料气消耗、蒸汽消耗、产品损失都不同程度地得到了改善。我们装置每年从中获得经济效益达到两千两百多万元。期望在不远的将来，与横河继续开展RTO项目的合作。”