當(dāng)前的石油化工裝置大都采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，DCS的實(shí)施對(duì)提高控制和管理水平起到非常重要的作用，儀表自控率是DCS控制中一個(gè)重要的指標(biāo)。隨著企業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)理念的提出，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和物耗能耗，減輕操作工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝置的自控率和平穩(wěn)率成為儀表管理重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，儀表自控率成為儀表管理月度考核指標(biāo)，提升儀表自控率成為儀表專業(yè)攻關(guān)的課題。

1、儀表自控率現(xiàn)狀
目前，因多種因素的制約, 大多數(shù)企業(yè)裝置儀表平均自控率處于一個(gè)較低的水平，沒有充分發(fā)揮儀表控制系統(tǒng)的自動(dòng)、先進(jìn)控制功能，增加了操作人員的工作強(qiáng)度，頻繁增加了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，裝置各參數(shù)的波動(dòng)影響了產(chǎn)品質(zhì)量和效益。

先后對(duì)中石化部分企業(yè)儀表控制管理情況進(jìn)行調(diào)研，請(qǐng)教各單位儀表自控率管理經(jīng)驗(yàn)。如鎮(zhèn)海煉化、海南煉化、濟(jì)南煉化、武漢石化等各企業(yè)儀表自控率標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)都超過93%。如果按照總部今年執(zhí)行的新KPI統(tǒng)計(jì)實(shí)際控制率，了解到企業(yè)未單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，各自估算實(shí)際控制率一般不會(huì)超過90%。

儀表自控率計(jì)算方法：控制率＝投用自控回路數(shù)÷(總回路數(shù)-工藝原因未投自控回路數(shù))×100％。

以石家莊煉化分公司為例，公司現(xiàn)仍采用原工藝停用審批的方式進(jìn)行控制率剔除計(jì)算，2017年截止到5月19日公司儀表自控率標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)93.8%，儀表實(shí)際控制率83.23%，處于一個(gè)較低的水平，有提升的空間。

2、儀表自控率低的主要原因
①?gòu)难b置自動(dòng)控制回路投控評(píng)估報(bào)告方面分析
◆ 未投自動(dòng)的儀表原因
一次儀表檢測(cè)問題；調(diào)節(jié)閥開度不合適，偏大或偏小；閥前后差壓大高于閥自身運(yùn)行條件；閥門定位器精度低/穩(wěn)定性差；閥動(dòng)作不靈敏卡澀；設(shè)計(jì)不合理；控制效果穩(wěn)定性差；其它儀表原因。
◆ 未投自動(dòng)的工藝原因
裝置負(fù)荷偏差大，超負(fù)荷/低負(fù)荷運(yùn)行；工藝裝置波動(dòng)頻繁；工藝操作習(xí)慣；組分變化或運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)偏差大；控制回路之間互相干擾；PID參數(shù)整定不合適；其它工藝原因。

②從裝置實(shí)際投用情況分析
通過對(duì)各個(gè)裝置（以石家莊煉化分公司為例）儀表投用情況進(jìn)行仔細(xì)分析，通過總結(jié)歸納發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：
a、在正常生產(chǎn)時(shí)，裝置部分設(shè)備不使用，其所屬的儀表停用，屬生產(chǎn)不使用、不控制。
b、控制方案不合理，部分回路控制方案與實(shí)際工藝操作不符，控制效果不明顯，投用困難，如2#常減壓裝置閃蒸塔釜液位 LIC21001，當(dāng)前閃蒸塔液位無(wú)控制回路，無(wú)法投用自動(dòng)控制，需要手動(dòng)操作脫前流量FIC50101、FIC50102、FIC50103。
c、儀表不好用，如一常減壓裝置：減壓塔C004液位控制，投自動(dòng)波動(dòng)大，且液位指示波動(dòng)范圍大，需攻關(guān)；塔頂注水液位控制，補(bǔ)水補(bǔ)不及，開副線。需換閥；常壓爐氧表經(jīng)常失靈，需攻關(guān)；瓦斯進(jìn)料壓力控制調(diào)節(jié)閥不好用，需換閥。
d、儀表調(diào)節(jié)閥控制效果穩(wěn)定性差，有部分調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏超標(biāo)，如熱電運(yùn)行部9臺(tái)調(diào)節(jié)閥因長(zhǎng)期使用磨損泄露量大；部分調(diào)節(jié)閥閥門定位器精度低，如焦化裝置有5臺(tái)使用年限久，定位器精度低；裝置部分調(diào)節(jié)閥因動(dòng)作不靈活、定位器不穩(wěn)定，當(dāng)投自動(dòng)時(shí)因不靈活或定位器影響造成控制波動(dòng)，影響自動(dòng)投用。
e、測(cè)量值精度超差，與工況不匹配。
f、控制閥門選型不合適，調(diào)節(jié)開度大于80%（或開度小于10%），新裝置因某些設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)遠(yuǎn)離實(shí)際運(yùn)行工況，影響了部分控制回路投自動(dòng)。如：通過分析評(píng)估2#常減壓裝置有28臺(tái)調(diào)節(jié)閥，3#催化裂化裝置有9臺(tái)調(diào)節(jié)閥（2016年12月30日統(tǒng)計(jì)評(píng)估數(shù)據(jù)）運(yùn)行開度不在合理范圍，需要改造。
g、部分調(diào)節(jié)回路因PID參數(shù)設(shè)定不合適，參數(shù)整定困難，投入自動(dòng)時(shí)波動(dòng)大、不穩(wěn)定，控制效果差或難以控制，操作人員更愿意手動(dòng)控制，投自控率低。如連續(xù)重整裝置預(yù)加氫加熱爐出口溫度TIC10201，由于PID參數(shù)不合適，對(duì)擾動(dòng)克服能力較差，導(dǎo)致溫度無(wú)法穩(wěn)定控制在設(shè)定值附近，長(zhǎng)期偏差較大。
h、部分復(fù)雜回路、大滯后回路只靠簡(jiǎn)單的PID控制會(huì)因?yàn)楣に囋蛟斐纱蠓▌?dòng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生全關(guān)，影響裝置穩(wěn)定性，裝置操作人員基于風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂一般選擇手動(dòng)控制。
i、先控（如初餾塔、常減壓、加熱爐）不好用，需進(jìn)一步做工作，解決先控完好投用問題。
j、工藝生產(chǎn)負(fù)荷低；生產(chǎn)處于頻繁調(diào)整階段。
k、控制回路之間互相干擾；部分裝置間如2#常減壓裝置、渣油加氫裝置及蠟油加氫裝置直供管線上的閥門為了確保下游裝置穩(wěn)定，需采用手動(dòng)控制。
l、只在裝置開停工時(shí)使用的控制回路；根據(jù)工藝要求間歇操作或選擇性操作的控制回路；如3#催化裂化裝置、S_ZORB裝置及連續(xù)重整裝置都有正常不投自控的。
m、管理問題：儀表專業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的問題，不了解工藝需求，沒有投控主動(dòng)權(quán)，對(duì)長(zhǎng)期自控率低手段不足；工藝操作人員安于現(xiàn)狀對(duì)自控率需求不強(qiáng)烈，習(xí)慣認(rèn)為手動(dòng)更安全平穩(wěn)，使自控率低的問題長(zhǎng)期存在；公司在職能管理上，監(jiān)督不足，未形成科學(xué)有效的管理模式和流程。

3、提升儀表自控率的措施
①建立完善的自控率監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)管理人員實(shí)時(shí)查詢各裝置的自控率情況，督促各裝置實(shí)時(shí)投用；用好自控率監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自控率系統(tǒng)指標(biāo)的科學(xué)合理，形成自控率考核的基礎(chǔ)。
②成立自控率提升攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員包含機(jī)動(dòng)儀表管理人員、生產(chǎn)管理人員、電儀維護(hù)人員及各運(yùn)行部工藝技術(shù)人員，逐一對(duì)接各裝置控制分析和措施，對(duì)已投用自控回路的控制效果進(jìn)行調(diào)查并對(duì)逐個(gè)未投控的回路及投用效果不好的回路，通過自控率提升攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的攻關(guān)工作優(yōu)化控制，提出解決方案并實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化，通過開展控制攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)自控率穩(wěn)步提升。
③解決制約回路投自控和影響裝置平穩(wěn)的儀表原因，提出儀表設(shè)備改造計(jì)劃，確保儀表設(shè)備完好，儀表設(shè)備靈、穩(wěn)、準(zhǔn)，儀表本質(zhì)安全可靠。如對(duì)熱電運(yùn)行部因長(zhǎng)期使用磨損泄露量大，儀表調(diào)節(jié)閥控制效果穩(wěn)定性差的9臺(tái)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行更換；對(duì)焦化裝置使用年限久，定位器精度低的5臺(tái)調(diào)節(jié)閥更新。
④對(duì)于因工藝原因某個(gè)生產(chǎn)條件偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)，控制閥門選型不合適，調(diào)節(jié)開度大于80%（或開度小于10%）,設(shè)計(jì)參數(shù)遠(yuǎn)離實(shí)際運(yùn)行工況，影響了控制回路投自動(dòng)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行重新核算，對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行更新或部分改造。如對(duì)2#常減壓裝置28調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了改造，保證靈活好用。
⑤優(yōu)化控制方案，與工藝、設(shè)備及儀表共同攻關(guān)，對(duì)控制方案進(jìn)行優(yōu)化變更，確保控制回路投自動(dòng)控制，如對(duì)2#常減壓、渣油加氫等裝置控制方案進(jìn)行了優(yōu)化變更。

附錄1：
2#常減壓裝置常壓塔釜液位LIC31001經(jīng)過控制方案完善后，進(jìn)行了PID參數(shù)整定并投控串級(jí)，控制效果明顯改善，同時(shí)大幅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。優(yōu)化前后控制效果對(duì)比如圖1所示。

圖1   常壓塔釜液位LIC31001優(yōu)化前后控制效果對(duì)比

芳烴裝置抽提蒸餾塔頂回流罐液位LIC20601，優(yōu)化前該回路無(wú)法投用串級(jí)控制。因此造成液位波動(dòng)較大，同時(shí)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度較高。經(jīng)過優(yōu)化并投用串級(jí)控制后，該回路控制效果明顯改善。優(yōu)化前后控制效果如圖2所示。

圖2     抽提蒸餾塔頂回流罐液位LIC20601優(yōu)化前后控制效果對(duì)比

對(duì)各裝置所有控制回路進(jìn)行PID參數(shù)整定與控制回路的自控投用，裝置中有上千個(gè)PID控制回路，這些回路性能監(jiān)測(cè)、評(píng)估與改進(jìn)的工作量巨大，通過系統(tǒng)維護(hù)工程師大量的工作，保證投自動(dòng)。先后對(duì)2#常減壓、3#催化及氣分、連續(xù)重整等裝置 PID 參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整定，效果明顯。

附錄2：
連續(xù)重整裝置預(yù)加氫加熱爐出口溫度TIC10201優(yōu)化效果。
重整預(yù)加氫反應(yīng)爐出口溫度TIC10201優(yōu)化已經(jīng)投用自動(dòng)控制，然而由于PID參數(shù)不合適，對(duì)擾動(dòng)克服能力較差，導(dǎo)致溫度無(wú)法穩(wěn)定控制在設(shè)定值附近，長(zhǎng)期偏差較大。經(jīng)過優(yōu)化后，該溫度回路克服干擾能力明顯增強(qiáng)，溫度能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)調(diào)節(jié)，有利于預(yù)加氫反應(yīng)[3]。優(yōu)化前后控制效果如圖3所示。

圖3  預(yù)加氫反應(yīng)爐出口溫度TIC10201優(yōu)化前后控制效果對(duì)比

深入了解現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的功能，為生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制提供更多的輔助手段提高裝置自控率，采用DCS控制的擴(kuò)展功能和各種優(yōu)化手段（先控、優(yōu)化控制），提高裝置穩(wěn)定性，優(yōu)化裝置參數(shù)實(shí)現(xiàn)效益、質(zhì)量最優(yōu)，使用高效的 PID 性能評(píng)估與整定軟件來(lái)方便、快捷地完成 PID 回路性能的批量評(píng)估和 PID 參數(shù)優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)保持 PID 控制性能、提高維護(hù)效率并降低維護(hù)工作量的目標(biāo)。如在260萬(wàn)噸/年柴油加氫裝置和20萬(wàn)噸/年聚丙烯裝置中，使用中控PID性能評(píng)估與整定軟件，提高兩套裝置的儀表自控率。
與某公司合作，分析研究裝置非正常操作，通過技術(shù)手段提高裝置的自控率，提升裝置運(yùn)行的安全度，降低操作工勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)2#常減壓等8套裝置進(jìn)行自控率優(yōu)化，提高控制精度、改善控制效果，自控率長(zhǎng)周期達(dá)到95％以上；實(shí)現(xiàn)裝置的全流程自動(dòng)、一鍵操作和黑屏操作。
公司加強(qiáng)儀表自控率的管理和宣傳引導(dǎo)，提高投自動(dòng)意識(shí)，力爭(zhēng)應(yīng)投盡投；儀表維護(hù)人員與工藝操作人員共同配合，共同攻關(guān)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制。

4、儀表自控率提升效果
通過儀表自控率提升措施的實(shí)施，提高了儀表的實(shí)際自控率，由提升前的83.23%，達(dá)到91.8%，隨著儀表自控率攻關(guān)的進(jìn)行，還有提升的空間，能夠達(dá)到93%，部分裝置達(dá)到95%以上。
◆ 儀表自控率的提高，工藝操作更加平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。
◆ 儀表自控率的提高，儀表故障率降低，減少了儀表波動(dòng)。
◆ 串級(jí)控制等復(fù)雜控制投用達(dá)到高精度控制，滿足復(fù)雜生產(chǎn)需要。
◆ 儀表自動(dòng)控制品質(zhì)得到改善，各控制變量波動(dòng)滿足工藝要求。

通過對(duì)裝置對(duì)裝置儀表自控率低的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析和攻關(guān)，提出了相應(yīng)的提升措施，這些措施的實(shí)施有利于裝置精細(xì)化操作，優(yōu)化了裝置的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，達(dá)到了提升儀表自控率的目的，儀表自控率的提高對(duì)于裝置“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行具有重要意義。