一 在線分析技術在*過程控制實時優(yōu)化中居*的地位 
　　 
　　回想在1963年時，由于工作關系使我有較多機會學習并接觸到許多有關成分　　 
　　40年過去了，我們今天的流程控制技術總體規(guī)模越來越大，效率和效益指標越來越高，并且隨著市場的激烈競爭，從原材料到品牌都要求能具有一定的柔性生產適應性，節(jié)約能源和保護環(huán)境也引起社會極大的關注。所以，應運而生的*控制技術（APC）、實時優(yōu)化（RT-OPT）用于提高裝置操作、控制、管理水平，來追求更大的經濟效益，已成為當今（特別是石化企業(yè)）迫切需要解決的熱門手段?？墒窃谶@樣大的熱潮下，在線分析儀器卻成了一個難題。我想應該再次呼吁從事分析儀器和自動化技術工作的同志們攜起手來，重視并積極參與在線分析儀器的開發(fā)和生產。 
　　 
　　回顧半個世紀以來我國自動控制技術的發(fā)展，我們曾經忙忙碌碌地從研制簡單的機械式指示儀表到氣動和電動單元組合儀表，從單機自動化到成套控制系統(tǒng)，取得了很大成功。但是在檢測參量上則比較偏重于溫度、壓力、液位、流量等熱工參數(shù)，直到20世紀50年代后期也只有很少的幾種工業(yè)用的熱導式CO和CO2氣體分析儀器可作為鍋爐燃燒效率的參考。1959年，北京分析儀器廠開始籌建（算是蘇聯(lián)援助的156項國家重點建設項目中zui后的補充項目），它的主導產品是用于原子能核材料分析用的同位素質譜計和化學分析用的色譜儀以及核磁共振波譜儀等實驗室用分析儀器。值得一提的是在它的產品大綱中除上述產品外還有工業(yè)用紅外線　　 
　　這些都是40年前通過工作實踐和理論結合想到的一些思路和可能走的途徑。可惜，由于歷史的原因，使我們浪費了許多年的時間。同樣可惜的是，改革開放后引進大型成套工程所帶的流程分析儀器與國產儀器之間的差距越來越大；出現(xiàn)了工廠規(guī)?；麨榱恪⑼顿Y不足、技術骨干流失等現(xiàn)象。若再談振興，真得從長計議。 
　　 
　　這幾年由于參與分析儀器學會的學術活動以及學習現(xiàn)場總線技術，不斷地與自動化學術界與工程設計的專家們交往，使我眼界大開。如在諾大的一個石化工程中，除了*控制室里和現(xiàn)場若干成分量分析儀器已有150臺之多。 
　　 
　　二 案例分析 
　　 
　　1. 美好的設想 
　　目前，由于經濟化的影響，國內外石化企業(yè)正在大規(guī)模地進行生產裝置的提升改造和/或控制系統(tǒng)的更新，特別是通信網(wǎng)絡和計算機軟件技術發(fā)展神速，于是便產生了三大熱點問題： 
　　 
　?。?）以多變量預估控制為代表的*控制技術； 
　　 
　　（2）以在線實時優(yōu)化為核心的過程優(yōu)化技術； 
　　 
　?。?）以信息管理和工業(yè)控制集成為中心的CIMS技術。 
　　 
　　我個人思想上比較保守，總認為硬件（指工藝和裝備檢測與控制）和軟件（科技與管理）在不同時期不同條件下都有一定的比例協(xié)調關系，弄不好就會失調以至失控。特別是目前社會上有部分人把推理計算和建模擺在*和必然的途徑，這往往就掩蓋了物化過程中產生的本質問題。所以，我對APC在這次改造工程中的作用非常感興趣，因為它的確能取得良好的經濟效益，但同時也表明如果我們能使用高性能的在線分析儀器，那么整個控制系統(tǒng)的效果便會好很多。 
　　 
　　2. 14萬噸/年聚丙烯裝置實例 
　　14萬噸/年聚丙烯裝置由A、B兩條生產線組成，它使用催化劑，是液、氣兩相結合的本體法聚合工藝，可以生產均聚物、無規(guī)共聚物和嵌段共聚物等10多種牌號的產品。自1987年投產以來，裝置運行基本正常。由于聚合反應機理復雜，對關系到產品質量的熔融指數(shù)（Melt  
Flow  
Rate-MFR）、漿液濃度、反應器產導等重要工藝參數(shù)（實質上就是成分量參數(shù)）不能進行在線測量，在一定程度上影響了生產的穩(wěn)定性和產品質量的提高。具體說就是： 
　　 
　　（1）因漿液濃度不好測控，影響聚合反應器的穩(wěn)定性； 
　　 
　?。?）因zui直接的質量指標熔融指數(shù)難以嚴格測控，帶來一系列的質量問題； 
　　 
　　（3）由于市場需求不同，不可避免地在不同產品生產切換過程中會帶來損失（包括過渡時間長，單體和催化劑等用料多，優(yōu)級品率低，甚至產生因堵塞而造成的非計劃停車等）。 
　　 
　　針對上述因素，該裝置的APC軟件系統(tǒng)分為3個部分，即： 
　　 
　?。?）APC推理計算（APC Inferential Calculation） 
　　 
　　從表面上看，推理計算過程也是建立反應器數(shù)學模型的過程，它的機理是要正確反應過程的質量平衡和能量平衡。其基本算式為： 
　　 
　　Mass IN=Mass OUT （1） 
　　 
　　各組分的總質量平衡算式為 
　　 
　　dM/dt=Mi－Mo+生成的M 
　　 
　　式中　M——反應器中反應物的質量 
　　 
　　 Mi——注入質量 
　　 
　　 Mo——流動質量 
　　 
　　以丙烯組分為例，其質量平衡算式可表示為： 
　　 
　　D[C3>/dt=Fi*[C3>－Fo*[C3>轉化率 
　　 
　　能量平衡的算式與質量平衡相似，基本算式為： 
　　 
　　Energy IN=Energy OUT （2） 
　　 
　　由（2）式可細化為下式： 
　　 
　　Δ（系統(tǒng)能量）=ΔU+ΔEk+ΔEp±Q±W  
　　 
　　式中 ΔU——內部能量（Internal Energy） 
　　 
　　 ΔEk——動能（Kinetic Energy） 
　　 
　　 ΔEp——潛能（Potential Energy） 
　　 
　　 Q——注入（或撤出）系統(tǒng)的熱能 
　　 
　　 W——注入（或撤出）系統(tǒng)的功 
　　 
　　上述算式并不復雜，但是質量（Mass）流量并不等于體積流量，同樣，化學反應的能量又和不同物質的成分和狀態(tài)（氣、液、固）以及介質分子結構的函數(shù)有關。我們都知道質量能用定律中化學反應速度、濃度、均勻度、溫度和壓力等的復雜函數(shù)關系。假如我們能掌握不同節(jié)點的成分變化，就可能在系統(tǒng)控制設計上開創(chuàng)新的局面。 
　　 
　?。?）魯棒調節(jié)控制 
　　 
　　由于聚丙烯裝置的非線性及頻繁的產品牌號切換，盡管其主要控制回路仍為PID，但是控制品質還是有變差。這里出現(xiàn)一個很有意思的分析儀預估器（Analyzer  
Predicator）。因為，APC的計算及控制要用到大量的過程變量數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、原料量等），計算程序計算出的數(shù)據(jù)（氣體濃度）以及大量工業(yè)色譜的分析數(shù)據(jù)必須作可靠性對照認定有效后才能確認執(zhí)行。 
　　 
　　（3）MFR關聯(lián)計算 
　　 
　　MFR的波動是長期干擾聚丙烯裝置生產操作的主要問題，也是進一步提高產品質量、開發(fā)新牌號產品的關鍵參數(shù)，可惜目前還只能通過在線的實時計算與預報技術來解決。