第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集浅析我国炼油生产过程油品在线分析仪表及系统集成技术的应用 张岱宗 兰州炼油化工总厂技术中心７３００６０ 近年来，一些炼油化工企业已陆续从国外引进了多种在线分析仪表。与此同时，我国石油产品在线分析仪表的研究和应用工作也在迅速的发展，已有了技术上形成学科、产品上形成产业的趋势。另一方面，由于应用在线分析仪表可带来的技术、经济效益，已引起了炼油化工企业广泛的重视和关注。我国研制和应用在线分析仪表己经有多年的历史。我国石化行业曾经组织过研制和应用油品在线分析 仪表的专业队伍，也研制了一批生产急需的在线分析仪表成果，但由于当时对研究成果缺少工程化环节，国内配套的元器件、材料和加工工艺的水平不适应，仪表综合设计水准不高以及对在线分析仪表应用工作系统性的认识、技术维护力量不足等原因，我国炼油化工企业的油品在线分析仪表应用工作经历了几上几下的波折，大多数用户感到应用在线分析仪表技术难度大、涉及问题多、缺乏管理经验，在还未取得应用效益的时候就坚持不下去了，从而形成了在线分析仪表质量不成熟、难用好的不良印象；出现了生产有需要和仪表用不好的矛盾。另一方面，也有一些企业坚持不懈不断地解决应用技术和维修问题、建立了较完善的管理，取得了良好的应用效果，展示了在线分析仪表有良好的应用前景。面对这两种相反的情况丁往往使决策者对应用在线分析仪表问题上感到犹豫甚至困惑。本文试想通过对在线分析仪表的应用和发展的一些问题的探讨，能够引发相关领域的决策者，研究及 应用人员实事求是地对在线分析仪表的现实情况和在炼油化工生产过程中所处的地位、作用，给予客观的认识和估价，从而使油品在线分析仪表的应用工作得到应有的重视，推动我国的在线分析仪表开发、应用工作尽早赶上国际水平。一、炼油化工技术的发展拉动了油品在线分析仪表应用技术的发展 石化行业的发展趋势是生产装置规模、处理能力越来越大，产品品种、质量日益精细。传统的温度、压力、流量、液位等物理参数测量已不能完全满足现代石化大生产的需要。石化产品质量分析，多年来一直沿用传统的ＡＳＴＮ标准方法进行人工分析。其分析时间间隔一般为４－ ８小时左右，显然，操作人员根据己经滞后的化验分析结果去指导当前的生产操作，对动态的生产过程的指导意义是有限的。面对市场竞争的需要，企业需要生产过程即要保证质量又要提高目标产品的收率。在原料复杂、处理量大、生产工艺复杂、生产方案频繁变换、外界环境变化不确定的情况下，用人工分析的质量信息难以为生产过程优化控制提供实时的、准确定量的依据。在线分析仪表对产品质量指标或质量参数的直接测量使工艺过程的中间或最终产品质量实现了直观的 监测或为过程控制提供依据，从而成为指导生产过程操作和控制的重要的信息工具。目前，在炼油化工装置应用较多的所谓量大面广的在线分析仪表有馏份分析、成份分析、粘度、闪点、倾点、冰点等物理特性分析及各类烃含量分析、各种气体成份分析等。炼油厂广泛地应用计算机进行过程控制和推广先进控制技术，迫切需要对生产过程质量参数在线动态 实时测量。现代的优化控制（ＡＰＣ）已可以依据质量计算模型判断产品质量进行优化控制，但质量计算模型的吻合精确度，以及适用范围都存在一定的局限性，必须进行定期的标定和校正，如果要仍用传统的人工分析进行这种校正，显然牵制了先进控制技术的发挥。因此，在线分析仪表用于实时测量并对质量控制模型提供及时的在线标定是现代先进控制的首推模式。与此同时，用于环保和节能的监、控仪表，例如可燃气体、毒性气体的浓度测量，生产过程气、液体 综述与评论排放物和水质的分析等在线分析仪表的需求也日趋迫切。二、在线分析仪表应用可以带来明显的经济效益和社会效益在此，我们参照国外有关计算经济效益的方法，从以下几个方面考虑应用在线分析仪表会带来的效益 增长因素： ・使生产过程实现“卡边”控制操作成为可能，提高目标产品收率（优化处理量）。・连续物流过程防止不合格品。 ・降低能源消耗和原料消耗。 ・使装置开工周期加长和优化。 ・用于产品在线调合使最终产品调合合理化使费用最小。 ・减小和降低人工化验分析成本。 ・安全和环保带来的间接效益。 虽然以上列出的有些效益难以直接定量地算出，但这些方面的效益是显而易见的。 １、国外对在线质量分析仪表经济效益的评估。 这里列举一组美国ＰＲＯＣＥＳＳ工 ＮＧ公司用计算机模型对一座处理量６００００桶／日炼油厂采用在线分析仪表的经济效益计算数据：１）在原油蒸馏装置上使用四台沸点分析器的经济效益 分析对象：①汽油 ②航煤③柴油２号燃料油④柴油６号燃料油 投资（美元）终沸点分析器①和采样系统 ￥２３， ０００一 安装、样机系统、屏蔽装置总计一每台装置 总计一一套四台装置 经济效益一２２， ０００￥４５， ０００￥１８０， ０００ 分析器增加收益，美元／年分析器维修费，美元／年 分析器纯收益，美元／年 纳税之前的资本偿还期，年 投资收益率（已计入贴现率），％ ￥５６２， ０００旦２‘．０００５３５， ００００．３４＞３００（一台） ２）蒸馏装置使用倾点分析仪的经济效益，分析对象：一柴油‘投资 通用倾点指示器和采样系统安装、样机系统和屏蔽装置 总计 ￥２７，０００２３，０００ ￥５００００经济效益分析器增加效益，美元／年 分析器维修费，美元／年 分析器纯收益，美元／年 纳税之前的资本偿还期，年 ０００￥１，４５４， ８， ０００１，４４６， ００００．０３ 收益率（已计入贴现率），％ ＞１，０００ 第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集３）减压蒸馏装置使用粘度分析仪的经济效益。 分析对象：减压馏份油投资 连续式粘度计安装、样机系统、屏蔽装置 总计 经济效益￥２０， ０００２０，卫００￥４０， ０００￥６８８， ０００６， ００旦６８２， ００００．０６＞ｌ， ０００ 分析器增加效益，美元／年分析器维修费，美元／年 分析器纯收益，美元／年 纳税之前的资本偿还期，年 收益率（己计入贴现率），％ ４）汽油调合装置安装雷氏蒸汽压所获经济效益。 投资 雷德蒸汽压监测器和采样系统安装、样机系统、屏蔽装置 总计 经济效益￥３０， ０００３０，卫００￥６０， ０００￥２９５， ０００分析器增加效益，美元／年 分析器维修费，美元／年 分析器纯收益，美元／年纳税之前的资本偿还期，年 收益率（已计入贴现率），％ 理量９， ００旦２８６， ００００．２１＞６００；我们再推荐一组德国ＢＥＮＫＥ公司关于应用在线分析仪表所获经济效益的统计数据，这是通过一个处 １０００００桶／日（约１３５００吨／日）的炼油厂统计的效益来源于赞州．１｝７ｒ， ｝，／ＣＦＰ 杏弩１４２０ ００蒸汽压３０００００汽油产率高，而煤油产率低汽提蒸汽用量最小使轻质瓦斯油中的重组分最多；煤油组分最少，流动添加剂的用量少汽油中的丁烷最大，允许的雷氏蒸汽压最大重质瓦斯油最多，残油产率最小粘度｝ ｝９０００００｝！ ２、关于成本投入与回收应用在线分析仪表的成本投入主要包括：一次性固定投资、能源费用，维护费用、外界服务费用等。 国外在统计在线分析仪表应用成本和回收期的依据是： 一是参照一座处理量万吨原油的炼厂，在线分析仪表参与闭环控制，使用率达９７％的情况下；二是仪 表的价格和人工工资等支出是按西方发达国家情况统计；三是处理量的上升与下降可相应缩短或延长这个回收期。３ 综述与评论根据这些条件，国外一般投入在线分析仪表的回收期为三至六个月。 统计对象一般以２５０万钝／年常减压装置，１００万吨／年左右的催化裂化装置，１５万吨／年左右的润滑油精制装置，仪表在使用率达９７％左右，仪表指导人工操作的条件下，一般二至三个月便可回作成本投入，若与ＤＣＳ进行质量闭环控制后，回收成本时间必将缩短。目前，在我国大多数企业把在线分析仪表仅用于监测，必须说明的是，在线分析仪表参加过程控制 时的经济效益要比用于监测指导操作的情况要好很多，但用于监测时在防止不良产品和及时改善操作产生的效益也是十分可观的。三、当前我国在线分析仪表的一些情况 近年来，炼油化工技术和先进控制技术的迅速发展以及国外仪表及应用技术的引进，带动了我国的炼油化工在线分析仪表研究、设计水平的发展。其主要特征是，仪表分析机理的精细、微观化；采用先进元器件及控制技术，仪器的整体性能智能化；应用技术的系统配套集成化；以及重视了产品技术服务和市场竞争。这些进步使我国在线分析仪表水平与国外的差距日益缩小。１、国内外在线分析仪表产品分析机理的比较 纵观国内外在线质量分析仪表，无论是气体分析还是液体分析，除个别品种外，大多数常用在线分 析仪表在分析机理、原理方面差别不大，特别是在油品在线分析方面更是如此。这种情况主要原因一是大多数分析仪表的机理都表现了对ＡＳＴＮ标准的依赖性；二是世界范围内分析技术的广泛交流和借鉴；三是世界范围在分析机理研究方面比其它学科发展进程相对缓慢等，这些原因使得国内外分析仪表主要差别不是在机理而在实现分析机理的手段、条件和仪表结构上的差别。２、国内外在线质量仪表在性能、价格方面的比较 因为国内外仪器在分析原理、机理相近，仪表标识的分析精度等指标上差别也不大。对用于中间产 品分析和过程控制的在线分析仪表，目前国产仪表精度指标已经基本可以满足使用要求，’并表现出良好的性能／价格比。但是，国内仪表在综合性能指标方面上较国际水平仍有差距，主要表现在：・仪表设计和加工制造、元器件水平方面存在较大差距。一般情况下，仪表的加工技术，元器件的 功能和性能与国家整体工业技术水平相适应。在仪表的结构设计方面；在整体综合技术和可靠性方面；在计算机和检测技术应用于在线分析仪表方面；仪表的智能化功能、辅助功能的综合设计等方面；在应用技术和综合配套能力等方面国外仪表有较强的优势。近年来，随着国内的整体工业技术水平的迅速发展，计算机技术和新的材料、加工技术已用于在线 分析仪表，特别是仪表的智能化工作的开展，使我国在线分析仪表的综合技术水平有了较大的提高。・在仪表价格上，当前国内在线质量仪表价格低于国外仪表价格的幅度较大，随着国内在线质量仪 表性能的不断改善和成本增加，价格会有可能不同程度的提升，但有些仪表性能与国外仪表相近情况下国产仪表有较大的价格优势。例如兰炼自动化院最新研制的新型在线粘度分析仪和智能型２００６、系列干点、凝固点、色度等在线分析仪表在综合性能指标已达到国外仪表水平，但价格约为进口仪表的１／２０３、在线分析仪表在应用和维护技术方面的一些情况 国外在线分析仪表应用十分注重的系统配套。把采样、预处理、仪表选型、油样回收及排放、仪表 标定等工作从在线质量仪表运行的内在规律和系统性给予统筹考虑，尤其是近十年来系统配套技术日趋完善，东统的可靠性有很大的提高。多年来，国内对在线分析仪表应用工作在系统性认识和重视程度方面起步较晚，表现在设计选型过程中对仪表性能、价格十分重视，对采样、预处理等系统的合理配置重视不够，舍不得投资。因此造成大多数用户不论是使用进口仪表还是采用国内仪表均存在着用不好的问题。根据九五年一项调查，某炼厂常减压装置配置了七台在线质量仪表，其中进口仪表四台，国产仪表三台全部停运；某炼厂聚丙烯装置进口在线仪表十六台，只有三台在使用，其余十三台因采样等问题也全部停用。国内很多炼厂的在线分析仪表都不同程度的存在类似的问题，这种情况除了仪表自身的一些问题外，大多数是因为在设计及使用过程中对在线分析仪表系统性的重视不够，系统配置不完善造成的，当然也有配件供应、第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集 技术培训及用户服务没有跟上等原因。另一方面，国内也有应用在线分析仪表成功的范例，这些用户大都较好地解决了应用中的系统配套 问题，保证了在线质量仪表的正常运行，取得了较好的技术，经济效果，例如兰炼两套常减压装置使用在线质量仪表近三十台，长期运行，６０－７０％仪表已取代人工分配的指导操作。长岭炼油厂、大庆石化总厂、上海石化总厂等都积累了一些应用在线分析仪表的成功经验。根据国内外在线分析仪表应用的经验教训，可以说在线分析仪表使用的好坏不能仅从进口或国产仪 表判断，而运行系统的配套、配件供应、应用人员技术状况、用户服务以及用户对在线分析仪表的管理状况等都会对在线分析仪表的应用效果造成直接影响。目前，对在线分析仪表管理的认识和运行保障，仍然是影响在线分析仪表的发展的重要问题，首先 是很多用户对在线分析仪表需要完善的系统保证问题，一是认识不到位，二是重视不够。常常用管理常规仪表的观念，去管理在线分析仪表，表现在应用维修技术力量的配备水平和层次与实际需要严重不适应。其次，在管理方式上，很多用户对在线分析仪表正常运行所需要的技术力量估量偏低，维护力量投入不足，具体工作人员的工作难以得到应有的承认和支持，缺乏一支稳定的专业技术队伍。第三，仪表供应商的技术及配件支持保证能力不确定。特别是近年来弓！进的在线分析仪表，保修期后的技术支持的保证程度很差，购买配件手续繁杂，价格高，周期长等问题给用户带来了种种不便和后顾之忧。因此，现在大多数用户在仪表选型时把有无长久维修服务保证作为重要的考虑因素。也有很多用户把目光转移到价位低，后续保障可靠的国产仪表之上。值得庆幸的是，现在己有很多用户对系统配套和服务效率高度重视，标志着在线分析仪表应用工作 已走向成熟。四、我国石化行业在线分析仪表应用的基本情况。 １、需要与困难交织在一起的“两难现象”我国石化行业早在七十年代就开始重视并使用油品在线分析仪表，对运用在线分析仪表改善质量提 高收率的期望值很高。在七十年代未国内油品在线仪表的应用曾形成过一定的规模和热潮。但由于以上提到的对采样系统，预处理系统，废样回收与排放，仪表运行环境和仪表标定及仪表的运行管理等系统的认识不足，引发了很多应用工作的困难而且没有解决好，造成了一大批在线质量仪表（无论是进口还是国产的）被迫停用。此外，由于当时国产在线分析仪表处在研发阶段，有些仪表技术还不太成熟、科研成果缺少工程化过程等原因，在八十年代中期国产在线分析仪表应用工作曾走入低谷，一些仍有需求的用户把目光转向进口仪表。然而，由于引进仪表时仍然没有解决好系统配套等原因，又使大批进口在线分析仪表还是没有用好。这个情况在９５年９６年两次由中石化总公司组织的在线质量仪表应用调研中得到证实。一度出现了一方面石化技术发展对在线分析仪表有需要，另一方面有很多在线分析仪表用不好（或不好用）的两难问题，成为困扰和动摇在线分析仪表应用工作信心的主要难题。经过近二十年的科研和应用实践，当前，国内在线分析仪表应用工作己有了新的飞跃和发展，特别 是在线分析仪表的核心采用高新技术和智能化改进，系统配套上提出系统集成概念和加强了对采样系统、预处理系统、回收系统以及仪表运行环境条件的研究，对配件供应、维修效率及用户服务的加强等方面工作都有了本质上的进步和提高，两难问题已有解决。２、对在线分析仪表应用工作应有新的认识和定位 长期以来造成的在线分析仪表应用情况的不良印象，给在线分析仪表的应用工作带来了诸多消极影响。针对当前在线分析仪表无论产品还是应用技术己经发展进步了到了基本成熟阶段，这就需要企业的决策者们，实事求是地审视当前在线分析仪表的发展现状，重新定位对在线分析仪表应用工作的认识：１）近年来，国内外在线的仪表产品和应用技术有了很大的进步，这个进步的主要标志是仪表在新技 术应用、智能化和仪表可靠性的明显提高以及与仪表应用相关技术和配套系统的产品化。２）国内“在线分析仪表系统集成”技术和产品的出现和“在线分析仪表系统集成”应用技术的飞跃 综述与评论发展，为在线分析仪表长期可靠运行提供了保证。３）国内外在线分析仪表制造厂商都表现出了重视产品从选型、系统配套和维修服务的全过程技术服 务的提供保证。４）可借鉴的国内外石化企业应用在线分析仪表而取得良好的经济效益的范例日趋增加。 ５）国内众多石化企业的决策者和相关技术人员已经对在线分析仪表应用问题的看法，发生了观念上 的转变，主要表现在：Ａ．在线分析的仪表应用的必要性和必然性观念形成； Ｂ．对在线分析仪表应用的系统性有了客观的认识，不再简单的套用常规仪表的管理和评价方法； Ｃ．对在线分析技术采用“软仪表”（质量计算数学模型）还是采用“硬仪表”（在线分析仪表）问 题上统一了两者是“功能互补”不能互相取代的认识；Ｄ．在线分析仪表既使仅用于动态监测，也会发挥避免生产过程中产生不合格品的节能、降耗的经济 效益；Ｅ．对“系统集成”技术可以保证仪表可靠长期运行取得了共识； Ｆ．买方市场态势使用户得到更完善的服务承诺； Ｇ．生产过程用ＤＣＳ进行先进控制或优化控制，迫切需要有足够的提供质量信息的工具。 当然，人们对在线分析仪表认识的重新定位，最终还是要用在线分析仪表应用工作可以取得的实际 效益去说服人。笔者相信：随着在线分析仪表应用观念的转变，在线分析仪表应用工作的新时期己开始。 五、在线分析仪表系统集成概念的提出及产品状况 兰州炼油化工总厂技术中心（兰州炼油化工自动化研究院）秉承三十年来在线质量仪表的研制、生产、应用经验，根据国内外技术发展状况和经验，结合我国石油化工在线分析仪表应用的实际情况，进行了系统地分析和研究，在国内首先提出了“在线分析仪表系统集成”概念。该院提出的在线分析仪表系统集成概念在系统和集成研究方面提出了新的见解，并在九六年六月份 首次完成了我国石化系统第一批在线分析仪表系统集成，并在九六年正式投运成功。１、在线分析仪表系统集成的概念： 集合保证在线分析仪表长周期可靠运行的全部相关条件及软、硬实体，按其功能的相互联系以系统 方式进行科学、合理的配套设计、组合，构架成的可靠、完整的能满足仪表运行的全部技术条件的集成体称为在线分析仪表系统集成。由以上概念可以看出在线分析仪表集成并不是一种简单的硬件搭配组合。 根据这一概念确定的在线分析仪表系统集成的内容有： ・根据用户需求进行系统设计； ・根据需要和可能正确合理选择在线分析仪表； ・根据工艺现场条件和仪表需要条件，设计最佳的采样系统； ・根据仪表需要条件和工艺情况，设计配套样品预处理系统； ・根据用户要求和现场情况设计配套样品回收或排放系统； ・根据仪表技术条件设计配套仪表标定系统； ・根据用户所处的地理环境，设计配套仪表运行环境设备，如仪表小房，供暖、空调、水、电、风、 蒸汽、消防、防水、抗震等；・根据石化行业的特点设计配套安全防爆、消防、维修等设备； ・从安装、运行到用户的技术培训以及长期可靠的用户服务使用户达到满意； 除以上内容外还可以根据用户的需求进行功能补充设计。 ２、在线分析仪表系统集成的基本特点： 第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集 ．根据用户的需求和条件提出最佳系统设计方案供用户选择使用。・在保证用户的使用目标实现的基础上，按节约资金减少投入的原则恰当地选择进口和国产在线分析 仪表资源，并提出正确的选型依据。・完成仪表全系统设计。包括产品选型、仪表运行环境及公用设施设计、以及后续服务措施、安全 防爆系统设计等诸多专业的综合配套设计。 集成过程是由一家负责的交钥匙系统工程。给工艺设计和工程施工带来很大方便。・由于是专业化设计、系统配套、可克服多专业对在线质量仪表工作界面不清晰的问题，同时也使 在线质量仪表应用工作专业化。３、在线分析仪表系统集成与仪表配套工程的区别。 ￣从上面的论述可以看出：在线分析仪表系统集成和在线分析仪表配套工程的主要区别是设计与制做 由谁来做。在线质量仪表系统集成是由有集成能力的厂商，站在用户立场上，为用户做出最佳设计和选择，提 供保证仪表正常运行的最佳条件、达到仪表的最终目标要求的产品化的集成结构。并将以产品形式对系统功能和质量负责到底。而一般的仪表配套工程是按照用户或用户委托方提出的设计，进行常规的工程设计和施工，其结果只对工程负责，而不能对在线质量仪表的最终使用结果负责。显然，应用集成对用户是最有利的。 在线分析仪表系统集成是在几十年的应用经验教训的基础上总结发展起来的，这方面的专业学术还没有形成正规体系，但它需要工艺、自控、分析、仪表等方面的知识和丰富的现场经验的支撑。因此用户在选择在线分析仪表系统集成时，一定要事先考虑集成厂商这方面的能力的技术保证，以免造成不必要的损失。 此外，在线分析仪表系统集成必须体现明确的针对性和实用性。由于每个用户的应用条件不一样，不可能有完全统一模式的产品，在线分析仪表系统集成是一种大原则、大标的一致的变化组合系统，要求供应商有很强的设计及制造的应变、组态手段。４、在线分析仪表系统集成应用的范例 近年来在一些化工装置，己有少量的进口在线仪表系统，但价格昂贵，推广有一定难度。目前，己有兰炼自动化院制造的在线分析仪表系统集成在大庆石化炼油厂、燕山石化炼油厂、玉门 炼化总厂、茂名石化炼油厂、兰炼、上海石化总厂等厂投用，已投用的系统集成得到了用户的肯定和好评。５、在线分析仪表系统集成的发展与完善 由于国内在线分析仪表系统集成技术发展的时间较短，虽然它在提高在线仪表应用水平方面迈了一 大步，但还处在一个发展阶段，可以肯定地说它必定是开创了国内在线质量仪表应用及发展的新阶段。目前，在线的仪表系统集成在功能设计方面，产品的系列化，多样化方面以及对它的认识方面面临 着用户的严格选择与考验。我们看到在市场需求的驱动下，制造厂正在进行更深入的工作和引进、更新技术手段，不断完善在线分析仪表系统集成技术，从而推动在线分析仪表应用工作进入一个新的阶段。
