回顧半個世紀以來我國的儀表與儀器自動控制技術的發展及在線分析技術

回顧半個世紀以來我國自動控制技術的發展，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，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，直到20世紀50年代后期也只有很少的幾種工業用的熱導式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(算是蘇聯援助的156項國家重點建設項目中最后的補充項目)，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用紅外線氣體分析儀(即蘇聯型號OA，但并未投產)、磁氧分析器以及標準氣體配氣站的概念設計等新內容，而這些項目為我們進入連續在線成分量檢測奠定了基礎。與此同時，通過質譜儀和氣相色譜儀的研制，我們開始領悟到在成分量檢測技術中最令人煩心的事，即樣品的預處理以及如何排除共生物質的干擾的定性定量的校正和數據處理。而恰在這時，通過對色譜和質譜技術的探索，我們已意識到想要解決成分分析技術中的難點，可以將"分離與分析"解析為兩個技術系統來考慮。同樣，對自動化過程中有關成分量的分析，應將"全譜"分析和計算技術相結合。于是我們又提出"為了滿足大型化工、石油工廠高度自動化的控制要求，把樣品進行全面分離和分析，然后進行綜合運算加工處理"的設想。

一 在線分析技術在先進過程控制實時優化中居不可或缺的地位

　　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分析儀器的發展和可能應用課題。那時我曾提出"分析技術儀表化與分析儀器自動化乃是解決科學技術與生產現代化的重要手段"，并且，還提出"僅僅掌握了熱工參數并不可能探知隨著生產過程而出現的原料成分變化、觸媒性能衰減和雜質積聚等現象。"我當時的這些話，既有推理成分，也有鼓氣因素，不過今天看來似乎也還有些道理。

　　40年過去了，我們今天的流程控制技術總體規模越來越大，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，節約能源和保護環境也引起社會極大的關注。所以，應運而生的先進控制技術(APC)、實時優化(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)迫切需要解決的熱門手段。可是在這樣大的熱潮下，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和生產。

　　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;出現了工廠規模化整為零、投資不足、技術骨干流失等現象。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，除了中央控制室里和現場若干成分量分析儀的專用柜外，還大量出現"分析系統集成小屋"。據我以前搜集到的信息，僅僅以廣東茂名的30萬噸乙烯工廠為例，便有10多個分析系統集成小屋，分布在各生產裝置現場，總設備投資約500萬美元。

　　他們所用的在線分析儀器已有150臺之多。

　　他們所用的在線分析儀器已有150臺之多。

　　二 案例分析

　　1.美好的設想

　　目前，由于經濟全球化的影響，國內外石化企業正在大規模地進行生產裝置的提升改造和/或控制系統的更新，特別是通信網絡和計算機軟件技術發展神速，于是便產生了三大熱點問題：

　　(1)以多變量預估控制為代表的先進控制技術;

　　(2)以在線實時優化為核心的過程優化技術;

　　(3)以信息管理和工業控制集成為中心的CIMS技術。

　　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，它使用高效催化劑，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(Melt

　　Flow

　　Rate-MFR)、漿液濃度、反應器產導等重要工藝參數(實質上就是成分量參數)不能進行在線測量，在一定程度上影響了生產的穩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定性;

　　(2)因最直接的質量指標熔融指數難以嚴格測控，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軟件系統分為3個部分，即：

　　(1)APC推理計算(APCInferentialCalculation)

　　從表面上看，推理計算過程也是建立反應器數學模型的過程，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：

　　MassIN=MassOUT(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

　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唯一和必然的途徑，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，那么整個控制系統的效果便會好很多。

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