许志强
许志强先生，福建炼油化工有限公司工程中心设计所高级工程师。
汽油调合作为炼油厂生产成品油的最后一个环节，调合效益在生产企业的经济效益中占有举足轻重的地位。因为调合方式决定了成品汽油的质量和生产成本，选用合理的调合方法特别是低辛烷值油的参调，不仅是炼油化工企业在市场竞争中取得有利地位的重要保障，同时为有效解决低辛烷值汽油的处理难题提供了一个极好机遇。
一国内外汽油调合的现状
汽油调合传统方法是采用罐调形式，最大缺点是需储罐数量多，且需知道参与调合各组分汽油辛烷值，以确定各组分配比。由于各组分汽油间存在复杂的调合效应，使得对调合最终成品的辛烷值预测或计算变得十分困难，导致重调次数的增加。以某炼油厂汽油调合为例，其统计结果如表1。
传统罐调合配方一般趋于保守，调合成品油的辛烷值通常比所要求的质量指标要高得多。解决此问题既
经济又可靠的办法是应用先进的管道调合优化控制方法，即一个包含多种技术的综合方法，其实现是由以线性及非线性规划为基础的优化、质量反馈控制和调合监控的软件和硬件组成，以期能实现最重要的调合目标：把质量高于规格要求的情况减少到最少，尽可能减少重调次数；尽量少用价格较昂贵的组分(如重整汽油和MTBE等)，以调合出成本最低、效益最高的优质汽油；采用在线质量分析仪精确控制产品质量指标；减少调合组分和成品汽油的库存量。
近年来，国外已开发出许多商品化软件包，并得到广泛应用。Haverly Systems 公司H/BOSS调合优化监控系统基于PC的软件系统，设计目的是自动计算优化的调合配方，减少各项指标的富余量，消除重调。据称该软件已在全球16家炼油
厂中使用。Honeywell Profimatics公司G-Spare调合监控软件，已用于3家炼油厂的12台调合器上。ABB Simcon公司推出一种在线优化控制和离线配方计算相结合的调合控制系统，能有效降低成品汽油中的辛烷值、雷德蒸气压和含氧量等指标的富余量。此外，Dynamics Martrix Control和Chesapeake Decision Sciences等公司也逐步推出汽油调合在线控制软件。管道调合已在国外一些大炼油厂被广泛采用，其自动控制也取得了很大进展。D. E. Bauman等介绍了一种汽油管道自动调合系统，它由数字式调合装置、爆震发动机型辛烷值仪和小型计算机、PLC、流量计等组成，能使成品油的辛烷值保持在调合指标辛烷值的(0.1个单位内。英国林赛炼油厂采用Foxboro公司调合优化和监控系统(BOSS)后，提高了劣质油的参调量，使调合操作效益明显得到提高。
在国内，浙江大学工业控制技术研究所成功开发研制了我国第一套无铅汽油管道自动调合优化控制系统，将汽油调合的优化计算与辛烷值的在线质量卡边控制紧密结合，获得了显著的经济效益。目前，福建炼油化工有限公司正在与该所合作开发汽油管道自动调合先进控制系统。
二汽油辛烷值管道自动调合系统
1. 工艺流程
原料为MTBE(甲基叔丁基醚)、催化汽油、重整汽油、戊烷(或重整拔头油、直馏石脑油)。产品包括90#、93#、95#、97#汽油4种。福建炼化公司采用催化汽油、重整汽油及MTBE来调合93#和95#汽油。最终调合控制方案为：从组分罐来的MTBE、催化汽油、重整汽油，分别经单回路流量控制及优化调合系统进入混合器，分别调合出90#、93#、95#和97#汽油产品。多余组分由单回路压力控制返回组分罐。汽油调合系统由管道调合装置和SUPCON JX-300 DCS、PC上位机及近红外辛烷值在线分析仪组成，其调合系统结构与工艺流程如图1。
2. 有关在线调合系统的硬件设备
系统采用JX-300小型DCS。
辛烷值分析仪采用美国LT Industries公司近红外(NIR)分析仪，用于汽油辛烷值自动在线测量。NIR分
析仪能测出与实验物理、化学性质相关的NIR频谱，所需时间小于2min；精确度：±0.3辛烷值单位；重复性：不大于±0.1辛烷值单位；具有4个流路的样品分析，每流路驻留时间为120s，切换方案通过软件编程实现；每流路能测量、显示和打印出16种参数，试样频谱与其性质的关联采用多重线性
回归(MLR)统计技术，而NIR频谱采用计算机分析辨识。
静态混合器是国内自行开发和生产的SL型。它是一种本身没有可动部件的混合设备，靠设备内部特殊结构的混合单元，促使流体在设备内部产生“切割”、“剪切”、“旋转”等作用，从而达到流体的良好混合。它与传统搅拌器、文丘管、孔板混合柱、调合器、均质器之类的动态和简单混合器相比，结构紧凑，流程简单，安装方便，能耗省(压损小)，效率高，特别适用于油品调合，且调合的油品不会存在分层和乳化现象。
流量测量仪表采用孔板流量计+差压变送器，精确度为±1%。压力(或差压)变送器采用美国Rosemount产品，精确度为?.2%。
气动薄膜调节阀采用国产吴忠仪表厂产品。
3. 汽油管道调合优化控制系统结构
该系统通常由下位机DCS、上位机PC、管道调合器以及辛烷值在线分析仪等组成。其中上位机用来设
定调合系统基本参数并进行各组分汽油参调流量的优化计算，下位机主要实现成品汽油辛烷值的卡边控制。由此构成的分级系统结构如图2。
基础级控制对象为流量和压力等，功能主要包括采集现场数据并进行相应预处理，应用DCS组态功能实现基本回路控制；质量控制级控制对象是辛烷值，可由DCS中自编的先进控制软件完成，也可由上位机先进控制软件实现；优化级控制目标是配方优化和在线辛烷值设定值调整以实现质量卡边控制，由上位机实现；统计预测控制级主要进行多指标质量卡边控制，也在上位机上实现，因技术和流程原因，此项功能在现有系统中还未实现；协调级主要接受厂调度部门根据市场需求给出的调度指令，实时调整调合汽油品种，即根据调度指令自动修正调合汽油有关性能指标，同时具有处理偶然发生特殊事件的功能。
4. 汽油调合先进控制
汽油调合关键在于质量卡边控制，这里以汽油辛烷值的卡边控制为例说明。汽油调合优化控制包括静态优化和动态优化控制：静态优化离线进行，根据各调合组分汽油的实验室数据和调度的指令确定初始调合配比；动态优化是根据在线辛烷值仪测得的调合汽油辛烷值和参调组分汽油辛烷值动态修改调合配比，使调合汽油辛烷值稳定在设定值。静态优化在上位机中实现，动态优化则在DCS中实时进行。由此构成两级先进控制系统，框图如图3。
三 管道汽油调合优化软件系统
一般汽油辛烷值管道调合系统控制部分都包括一台小型DCS 和一台工控机(上位机)，该系统的控制软件即调合软件，由上位机中监控软件和DCS 中组态及高级语言编制的实时控制程序组成。DCS 主要功能是采集现场数据并进行相应预处理；应用组态软件实现基本回路控制，如流量、压力等；辛烷值卡边控制可利用DCS 自带的高级语言编程器实现，也可开发成软件，放在上位机上与监控软件同时运行。
上位机主要功能是实现离线配方优化、在线辛烷值设定值调整和现场数据处理以及组分汽油流量实时控制等管理工作。该软件从功能上可划分为5大模块：优化控制、模型参数确定、罐区管理、通信和用户界面。各模块间具体关系如图4。
其中，优化控制模块是上位机的任务核心，主要功能是接受调度指令完成离线优化配方计算，为实时辛烷值控制奠定基础；另外，进入调合状态后，根据辛烷值随时间与流量的累积情况实时动态调整DCS 辛烷值控制器的设定值。模型参数确定模块主要是从各参调组分汽油的实验室数据确定非线性模型参数，另外它还具有根据调合数据实时修正模型参数的能力。通信模块功能是用来实现DCS 和上位机的联系，供其他相关模块调用，包括发送控制信号和读入DCS 从现场采集的数据。用户界面是整个软件的管理中心，主要功能是提供给操作者一个交互的工作环境，输入数据和指令，调用相关功能模块，并显示结果。另外它还负责处理、记录和再现从DCS 读入的数据。其软件时序由定时器控制。
优化控制模块包括两个子功能：离线配方计算和在线辛烷值设定值控制。考虑到在线仪表的精确度和调合汽油在输送过程中的特性可能发生变化，调合成品汽油一般先要进罐，以便在出厂前对其质量指标重新测定。考虑到罐内残留量和输油管道内的汽油，调合汽油辛烷值的设定值由下式计算得到：
1
00oct011OCT V -V -V V -)oct -(oct V V oct += 式中，oct —调合汽油辛烷值的设定值；oct 、oct 0、oct 1—分别是要求的、罐内残留的和管道中的汽油辛烷值；V —要求的汽油调合体积(包括罐内残留量)；V 0、V 1—分别是罐内残留的和管道中的汽油体积。
离线配方计算采用序列线性规划法得到优化的组分汽油初始配比。
用户界面模块功能是管理软件的信息输入和输出。界面设计目标是给操作者提供一个方便且高效的操作环境，并最大限度避免误操作。本调合软件采用流行
的图形菜单和事件驱动方式，全汉字输出和在线提示。软件界面提供了实时时钟，各路汽油流量和管道调合辛烷值的变化曲线与重要参数，为操作者提供系统信息的全面反馈。
四应用情况
汽油辛烷值在线管道优化调合技术在国外已得到广泛应用，但在国内还属研制和开发阶段。福建炼化公司自1993年与浙江大学合作开发汽油管道自动调合先进控制系统以来，经过现场实际应用已取得阶段性进展。2000年6月3日和6月9日汽油自动调合效果如表2。
五总结与展望
采用汽油管道自动调合优化控制系统可大幅度减少MTBE及其他高辛烷值汽油组分的参调量，消除产品汽油中辛烷值指标的富余量和重复调合，实现质量卡边控制。在保证调合汽油质量合格前提下，汽油管道调合优化控制可更多使用廉价组分油，优化与合理使用各汽油组分，发挥组分汽油间的正调合效应，降低操作成本，减少对储罐的需求量，由此带来的经济效益将十分巨大。
为适应生产的发展，今后在现有汽油管道调合优化控制系统中可增加以下功能来完善系统对各方面需求：(1)强化罐区管理系统，实现罐管理、油罐储量管理、选线处理等功能。(2)基于市场需求，通过汽油调合优化控制软件可得到对中间组分汽油需求量，将这些汽油调合数据与炼油厂CIMS系统相连，炼油厂就可据此进行生产调度，尽快适应市场变化；同时可据此指导原油、成品油的经营管理。(3)为提高系统安全性、投入率，对信号和执行机构动作情况进行检测，对突发性停电采取对策。
（全文完）
来源：《世界仪表与自动化》
出版日期：2004年10月
