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国内某石化公司应用北京赛普SEPSOM 智能模拟工厂与生产受控技术 验证新建制氢和醚化装置设计与组态、制定操作卡、操作工培训考核
作者:    发布于:2016-06-03 11:32:40    文字:【】【】【
摘要:制氢和醚化装置对用户企业来说是全新的工艺流程装置,用户选择使用北京赛普SEPSOM智能模拟工厂与生产受控技术来验证新建制氢和醚化装置设计与组态、制定操作卡、操作工培训考核;保证装置能够一次顺利投产成功。

概述

制氢和醚化装置对用户企业来说是全新的工艺流程装置,用户选择使用北京赛普SEPSOM智能模拟工厂与生产受控技术来验证新建制氢和醚化装置设计与组态、制定操作卡、操作工培训考核;保证装置能够一次顺利投产成功。



前  言


用户企业为国内大型燃料型石油加工企业,隶属于中国石油天然气股份有限公司。主要生产汽油、柴油、聚丙烯、苯乙烯和液化石油气、溶剂油、燃料油等多品种、多牌号的石化产品,企业炼化工艺技术处于国内先进水平,在国内外市场上享有良好声誉。

用户企业500万吨/年原油加工能力柴油质量升级项目1.2万立方米/小时制氢装置为该企业建设的第一套制氢装置。该装置建成之后将给北京地区提供优质国V柴油成品油。用户企业30万吨/年催化轻汽油醚化扩能改造项目是该企业2015年六项重点工程之一,该套醚化装置于2015年7月底一次投产成功,装置的成功应用不但大幅提高了汽油辛烷值,并且将低廉的甲醇高效转化为高价值的汽油产品,带来可观经济效益。

以上两套装置对于该厂的操作工来说都是全新的工艺流程,用户企业应用北京赛普泰克技术有限公司(以下简称“北京赛普”)开发的SEPSOM智能模拟工厂与生产受控技术,来验证工艺设计与控制方案,调试DCS组态;并结合赛普先进操作规程管理系统SEPSOM-ASOP(以下简称“SEPSOM-ASOP”)帮助制定开停工操作卡、培训并考核操作工;确保了装置一次开车投产成功。

 


业务需求


工艺设计及控制方案验证
DCS组态文件预调试
操作规程/操作卡制定与验证
操作工装置操作培训与考核



业务需求


为缩短装置开工时间,节约生产成本,用户企业希望在开工前能够提前发现并解决这两套新的工艺流程装置在开工中可能遇到的各种问题,摸清装置运行规律,制定切合实际的操作规程及操作卡,并严格按照这些操作卡对操作工进行最符合操作实际的操作培训,同时要求培训系统管理简便,且带有科学的评分考核功能,保证以后用户企业的培训部门能够长期高效利用。



● 设计验证需求
包括工艺设计验证及控制方案设计验证。在设计阶段,设计单位对于新装置在正常稳态运行的设计要求考虑比较全面;但对于其它工况,尤其是不断变化的开工过程,即使是比较成熟的工艺流程,在结合了业主实际生产背景和要求后,也可能出现细节上的设计疏漏。如果在开工过程中才发现这些问题,简单的管线或仪表改装也将大大延长开工时间。另外,用户企业资深的操作人员根据多年实际操作经验,针对不同装置实际情况也会有许多新的、好的改进建议和想法,也需要通过某些方法得以实现、验证并完善。

● 控制系统预调试需求
控制系统的组态文件中常常会有一些只有在实际开工过程中才能发现的控制回路组态问题:如量程、单位、显示位数、流程画面是否准确合理,控制逻辑及公式在一些极值或转变条件下是否计算合理,以及控制器正反作用方向是否正确等。另外,控制器的控制参数整定也需要一定的摸索完成。这些往往成为装置能够顺利开工的重要制约因素之一。因此,需要将实际的DCS组态文件与一个真实动态响应的“虚拟工艺装置”连接集成,提前在测量数据不断动态变化的“模拟开工”过程中来发现并解决这些问题,同时整定得到初步的PID控制参数作为实际开工的基础和参考。

● 操作卡制定需求
对于新装置的操作规程及操作卡,设计院一般提供大体的开工方案;用户企业虽然能从兄弟单位借鉴一些类似装置的开工步骤,但由于原料、工艺设备、控制系统及生产条件和要求的差异,其操作规程及操作卡只能作为一定程度的参考。因此,需要结合SEPSOM-ASOP中的操作规程/操作卡管理和执行工具,提前在定制的“虚拟工艺装置”上反复操作,摸清装置的运行和操作规律,不断探索和细化切合本装置实际情况的操作规程及操作卡,尤其是装置开工和停工操作卡。

● 培训与考核需求
装置开车前的操作工培训和考核需要一个基于工艺机理的动态模型的培训系统环境(以下简称“动态装置模型培训系统”),满足以下要求:
1.   动态装置模型培训系统中的DCS及其它控制系统的控制逻辑和操作站操作画面及功能需要与实际的完全一致;

2.   除内操的操作站外,动态装置模型培训系统还需有对应外操的操作站画面,在实际操作中必需的操作在培训中都需要有所体现;

3.   在动态装置模型培训系统上进行操作时,所有的数据动态趋势要与实际变化一致,达到高精度动态模拟要求;

4.   便于教员管理和运行。动态装置模型培训系统必须使操作工能够在不需外人操作指导的情况下严格按照操作卡自行操作,减轻教员负担,并保证以后长期的高效利用率;

5.   具备科学合理的评分考核功能。动态装置模型培训系统不但能评价操作工在每一个操作卡步骤的操作正确与否,还能评价在整个操作过程中的运行稳定情况;

6.   友好的操作工自学习环境。培训或考核操作时,系统能够自动生成给出所有的操作失误或扣分原因,方便操作工的经验总结。

解决方案


开发动态工艺模型,与ABB 800xA模拟系统连接集成,组成SEPSOM动态工艺模型;
通过在SEPSOM动态工艺模型上反复操作,发现并解决设计问题,调试DCS组态文件使之实际可用;
结合ASOP制定出切合实际的生产操作卡;
结合使用ASOP,确保操作工能够独立地严格按照操作卡步骤培训操作,同时提供合理科学评价,并自动给出操作失误原因,总结经验教训。



解决方案


北京赛普根据用户企业以上需求,结合动态模拟软件和ABB 800xA模拟系统,开发出整个装置的动态装置模型培训系统,并在此开发及验收过程中验证工艺流程与控制方案设计,调试校正DCS组态文件和整定PID控制参数,并结合公司的SEPSOM-ASOP帮助制定生产操作卡、培训并考核操作工。

1.  建立SEPSOM动态制氢和醚化装置模型
SEPSOM动态制氢和醚化装置模型具有完善的物性方法数据支持、精确的工艺设备模块算法及稳定的“压力-流量”动态模拟计算方法。根据实际装置流程和工艺设备数据配置出的动态工艺模型,相当于一个高保真的“虚拟工艺装置”。DCS模拟采用真实装置的ABB 800xA系统,只是增加了控制运行模拟站环境(即:用相同算法的软控制器替代真实的硬件控制器),运行真实的DCS组态文件,用OPC接口替代I/O卡件与SEPSOM动态装置模型中对应的设备模块连接集成,建立完整的动态装置模型。

2.  利用SEPSOM动态制氢和醚化装置模型进行设计验证与DCS组态预调试
SEPSOM动态装置模型系统集成完成后,能够在对应于外操人员操作的现场操作站和内操人员操作的ABB 800xA操作站上,反复进行开工操作和异常工况操作。由于装置模型的高保真度,在这样反复进行的操作和动态响应过程中,发现了工艺设计及控制方案设计方面的一些问题并帮助测试其解决方案。由于ABB 800xADCS系统与实际装置几乎完全一致,所以,每一次在动态装置模型上进行开工操作,也就相当于一次真实的组态文件预调试过程;同时动态疏理各个控制回路,验证控制器作用方向和复杂控制的逻辑和计算公式,并整定出PID控制参数。在反复操作过程中不断摸索装置运行规律,促进思考和细化各阶段的操作步骤,形成更为合理的操作规程和操作卡。

3.  建立SEPSOM制氢和醚化装置先进操作规程管理系统
 SEPSOM-ASOP是北京赛普自行研发的专门针对流程装置的先进操作规程管理系统,除了能够很方便地编辑和管理操作规程、操作卡、作业票等文件外,还能监督各生产操作按照规章制度及操作要求严格实施和执行,并且给出科学合理的考核评价。集成SEPSOM动态装置模型系统,不但帮助业主很方便的整理和验证出切合实际的操作规程和操作卡,还能在培训时保证操作工严格按照操作卡步骤操作,并给出科学合理的考核成绩和操作失误评价,帮助操作工总结操作失误经验和教训。

4.  操作工培训与考核
1)  教员在SEPSOM服务器上根据不同需求选择不同培训操作方案或场景,一键启动服务器上的SEPSOM动态制氢和醚化动态装置模型系统和先进操作规程管理系统SEPSOM-ASOP服务端及评分模块,在运行界面上可以运行、暂停模型,保存、调用工况;

2)  操作工在各自操作站上运行现场操作站和DCS操作站,连接到服务器上的SEPSOM动态装置模型系统;同时启动SEPSOM-ASOP客户端自动连接到服务器上的服务端,在客户端输入用户名和密码,登陆进入SEPSOM-ASOP业已启动的培训方案的操作卡;

3)  不需教员操作指导,操作工可根据SEPSOM-ASOP客户端上的操作卡步骤在DCS操作站或现场操作站进行傻瓜式的培训操作,每操作完一步就确认一步,系统就自动记录下该步骤的执行情况;

4)  每一步确认操作时SEPSOM-ASOP通过OPC接口从SEPSOM动态装置模型系统中获得操作响应信息,判断操作是否正确进行评分。如果扣分,系统会给出操作失误的原因。另外,还有质量评分模式评价整个操作过程中某些重要生产参数的稳定性,如果超出合理范围,系统会自动告诉操作工在那段时间引起扣分;

5)  培训或考核操作完成后,教员可以在服务器教员站上自动导出该操作工的操作成绩单,除了显示分数外还会给出操作失误分析报告,便于操作工总结此次操作的经验和教训。

主要成果


发现并解决了重要的开工工艺管线设计问题和许多控制方案方面的问题;
调试了DCS组态文件,进行了大量配置修改,DCS更为实际可用;
制定并验证了能够切合生产实际的生产操作卡,作为培训操作和实际装置开车的依据;
整个SEPSOM动态工艺模型系统启动简便,便于教员组织培训和考核;操作工能够根据提示独立完成培训操作,还能得到操作失误提示,总结经验教训;
大批装置操作工在实际装置开工前得到了反复的开工操作培训,掌握了装置各阶段运行规律,在实际装置开工过程中心中有数,敢于大胆尝试新的操作方法,短时间内一次开车成功并很快调整到稳定运行阶段。



主要成果


 设计验证成果举例

1.   制氢装置开工初期,需对两条路线分别进行气密置换,一条是脱硫反应器路线,另一条是转换炉至PSA前路线,这两条路线都使用原料气压缩机K101A/B提供高压氮气。为节省开工时间,开工方案计划同时启动K101AK101B,分别作为这两条路线的高压氮气来源,同时进行气密置换。在SEPSOM动态装置模型系统上模拟操作时发现,现有管线不能直接共用一条防喘阀管线,需新增一条连接管线和现场阀。


2.   制氢装置某些分程控制方案不合理,如:末级分离罐D105出口压力控制器PIC3002,如果只用一个控制器分程控制阀PV3002APV3002B,开工操作氮气大循环时的控制方案与装置投用PSA正常运行后的控制目的相互矛盾,最后修改为2个控制器PIC3002APIC3002B分别控制对应阀门的控制方案。


3.   制氢装置汽包D107液位三冲量控制方案在开工阶段难以投用,为此增加一般的液位控制器LIC5010串级流量控制器FIC5011的控制方案选项,汽包大量产汽前使用后者,大量稳定产汽后投用前者


4.   醚化轻汽油产品罐V104压力控制器量程上限初始设计为0.16MPa,在操作时发现正常压力需控制在0.3MPa左右,立即从仪表硬件至DCS组态进行一系列的相应修改。


5.   醚化蒸馏塔T103A塔顶回流33t/h、塔底全用冷凝水热量情况下,T103B塔底所耗蒸汽在9t/h左右,小于设计数据中的11.8t/hT103A塔底流向T103B塔顶的液量小于设计值。



 DCS预调试成果

1.   制氢装置发现并校正了44个控制回路中7个控制器作用方向、若干分程控制配置错误、控制器量程配置错误、模块连接错误等不计;整定了所有控制器PID参数。

 


2.   制氢装置发现汽包D107液位三冲量控制方案和串级控制方案的组态逻辑和计算公式错误,并帮助进行了组态文件的修改。


3.   制氢装置发现PSA部分由于数据类型不同,致使顺控程序中的所需测量值不能与DCS控制系统进行通信,并协助进行了组态文件的修改。


4.   醚化装置发现并校正了49个控制回路中15个控制器作用方向、若干分程控制配置错误、控制器量程配置错误、模块连接错误等不计;整定了所有控制器PID参数,实际开工证实大部分直接可用,剩余大多在现有基础上稍加调整即可,典型如进料缓冲罐LIC2201





 操作卡制定和开工方案测试

1.   通过在SEPSOM动态装置模型系统上进行操作,反复测试和验证了各种开工方案,细化了各阶段操作步骤,初步建立完整的开工操作卡,作为实际开车的依据。


2.   制氢装置的SEPSOM动态装置模型系统在开工测试中发现,在氮气蒸汽大循环阶段,如果压力PIC3302A控制较低,大量蒸汽会集中在末级分离罐D105上冷凝,引起满罐现象,需将蒸汽投入量由10t降至3t左右,或改变方案将压力PIC3302A提高控制在正常操作值。最后将这两种方案都制定出详细的操作卡以供实际开车选择。






 培训与考核

通过使操作工在SEPSOM动态装置模型系统进行开工操作培训,不但每个操作工熟悉工艺流程及DCS操作站操作界面,而且对装置每个阶段的操作及响应规律了然于胸。


例如:制氢装置开工过程中如何提升中压汽包D107D108压力的操作,中压汽包D107D108如何实现三冲量控制或串级控制的操作步骤,以及如何实现三冲量控制和串级控制的切换。




又如:醚化装置培训使操作工熟练掌握蒸馏塔及甲醇回收塔的稳定调整操作,如塔底蒸汽量及塔顶回流量的相互配合影响操作,达到优化状态的操作过程,培训寻找操作平衡点的方法。


在醚化装置实际开工过程中,由于已经通过SEPSOM动态装置模型系统培训对装置各阶段运行规律的提前预知,各位操作人员都胸有成竹,敢于大胆尝试新的操作方法,短时间内一次开车成功并很快调整到稳定运行阶段。





相对较长时间的开工过程,根据操作卡拆分成对应各主要开工阶段的合适培训考核时间的多个题组方案,教员只需根据需要选择不同方案,一键启动,组织培训和考核,使得组织培训考核简单易行,提高了SEPSOM动态装置模型系统使用率。考核报告方便导出,不但为操作工提供自身的操作经验总结,还可作为技能鉴定的重要依据。
 




脚注信息
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