石化工业自动化策略和趋势

石化工业自动化技术的应用趋势与战略思考ApplicationProspectsandStrategicThinkingForAutomationTechnologyinPetrochemicalIndustry林融LinRong北京,2010年3月18日Beijing,18March2010一、前言二、石化工业发展趋势与挑战三、过程自动化技术发展历程四、石化工业智能化生产技术五、全厂智能化总体解决方案六、过程控制系统架构及应用七、FF现场总线技术工程应用八、工业无线网络技术应用研究九、结束语标题随着世界范围内石油化工生产技术不断进步，石油化工企业正朝着大型化、一体化、智能化和清洁化等方向发展。传统的石化企业生产过程控制系统的设计理念也随之发生了改变。从工厂生产操作、管理、维护的角度出发，要求过程控制系统应具有开放性、高可靠性、互操作性和易维护性。通过生产操作自动化、经营管理信息化、生产管理与过程控制管控一体化，实现企业从原油选择、采购、生产加工过程到石油、化工产品出厂全过程的智能化生产及管理，使企业的利润昀大化。伴随着DCS、SIS、FGS、CCS、PLC等控制系统及相关自动化技术在过程自动化领域的广泛应用，现场总线技术、工业无线网络技术也日益发展成熟并成为目前过程自动化领域的热点技术。这些先进自动化技术的逐渐推广应用，会大大提高石油化工生产的智能化水平。一、前言二、石化工业发展趋势与挑战中国经济的高速崛起推动了石化工业的迅猛发展美联储前主席艾伦·格林斯潘在其2007年9月出版的回忆录《动荡年代：新世界中的冒险》中推断：“在2030年之前，中国将是美国的主要竞争对手，中国将在2030年决定世界经济的命运”。中国在2007年底GDP超过德国成为世界第三大经济体，在2009年底GDP超过日本成为世界第二大经济体，外国经济学家纷纷预测：中国将在10～15年间，同美国形成强有力的竞争。石化工业作为基础能源和原材料产业，已经成为国民经济发展中的重要支柱产业，对GDP的贡献和改善人民生活具有不可替代的作用。据统计，在过去10年我国石油总消费量净增了2亿吨，2009年达到4亿吨，平均每年增长2000多万吨。炼油产能达3.746亿吨，乙烯产能超过1000万吨，均居世界第二位。根据国家发改委石化工业“十一五”发展规划，到2010年底，我国的炼油产能将达到4亿吨，重点建设海南、青岛、惠州、福建、天津、独山子、抚顺、钦州、四川等9个千万吨级炼油厂；乙烯产能将达到1800万吨，重点建设茂名、福建、独山子、天津、镇海、武汉、抚顺、四川等8个百万吨级乙烯厂；产能一跃成为世界第二石化大国。二、石化工业发展趋势与挑战中国经济的高速崛起推动了石化工业的迅猛发展从2008年开始，中石化准备与科威特合资建设1500万吨炼油和100万吨乙烯一体化项目（广东湛江）；中石油准备与委内瑞拉合资建设2000万吨炼油项目（广东揭阳）；中海油准备在广东惠州续建1200万吨炼油和100万吨乙烯项目。FujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoSeccoFujianTianjinDushanziHuizhouMaomingFushunBYCZhenhaiWuhan图2-2中国大型乙烯项目分布图图2-2中国大型乙烯项目分布图FujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoSecco福建天津独山子惠州茂名抚顺四川镇海武汉Qingdao图1-1中国大型炼油项目分布图图1-1中国大型炼油项目分布图图2-1中国大型炼油项目分布图图2-1中国大型炼油项目分布图FujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushun福建海南天津独山子钦州抚顺青岛四川惠州二、石化工业发展趋势与挑战面临的挑战-后石油时代即将来临2006年我国消费石油3.47亿吨，石油消费增长量与GDP增长基本同步。原油产量为1.84亿吨，净进口石油（含石油产品）1.63亿吨，其中进口原油1.45亿吨，原油进口依存度达到47%，根据多方面预测，到2020年年进口依存度将超过60%。2004年以来，国际市场石油价格不断攀升，尽管石油价格受国际政治事件、自然灾害、投资基金炒作等多种因素影响，但昀基本的影响因素是供求关系，大家都在关心石油未来的供求趋势，很多专家预测：后石油时代正在来临。面对未来的石油供应形势，我们必须重视石油的优化利用和节约使用。什么是“后石油时代”？美国著名地质学家马里恩.金.休伯特1956年提出石油开采将遵循钟型曲线规律。即产量先升，达到一个平台后逐渐下降。他推算美国1970年达到生产曲线的顶峰，事实上美国石油产量的昀高点出现在1971年，休伯特的预测非常准确。同样，世界石油产量将会在今后某一时间达到高峰，随之是石油产量下降（如图1所示）。二、石化工业发展趋势与挑战面临的挑战-后石油时代即将来临供应出现短缺之时则是后石油时代开始之日。也可以认为世界石油产量达到高峰之时是后石油时代开始之日（如：图1中所示的2020年之后）。190019401980202020602100时间/年石油供应量图2-3世界石油产量与需求趋势示意图图2-3世界石油产量与需求趋势示意图产量产量需求需求二、石化工业发展趋势与挑战面临的挑战-后石油时代即将来临煤化工、天然气化工及生物质化工发展迅猛。工业与民用燃料天然气石油生物质能煤炭GTLCTLBTL运输燃料石化原料发电供热汽油柴油航煤船油乙烯丙烯芳烃其它有机化学品图2-4含碳能源利用图图2-4含碳能源利用图二、石化工业发展趋势与挑战面临的挑战-后石油时代即将来临中国石化工业的平均能耗居高不下！12.041.672.143.4210.213.6702468101214中国日本德国美国印度世界平均(单位：万吨标准煤/亿美元GDP；资料来源：《自然辩证法》2003年第8期朱训“关于中国能源战略的辩证思考”)图2-5中国与世界部分国家能源效率对比图图2-5中国与世界部分国家能源效率对比图二、石化工业发展趋势与挑战面临的挑战-后石油时代即将来临1.原油资源短缺，依靠进口原油加工；2.原油资源劣质化，原油加工难度大；3.炼油及石化原料需求矛盾越来越突出；4.原油价格波动，生产成本提高，经营风险加大；5.世界著名石化公司在中国建厂，市场竞争激烈；6.安全、节能、减排、环保规范及指标要求更加严格。1997年12月，中国成为“京都议定书”缔约国。在2009年哥本哈根世界气候峰会之前，我国政府承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年减少40%至45%。二、石化工业发展趋势与挑战当前我国石化工业的发展趋势石化工业的产业链长，产品附加值高，对相关产业的带动面大，而且国内缺口大。因此许多地区将石油、石化项目作为发展重点，争相上马。但必须看到，面对国际、国内两个复杂多变的市场，石化工业也面临着严峻的挑战和沉重的压力。而且石化是资金密集、技术密集的企业，项目建设必须十分慎重。关注以下几个石化工业发展中的趋势，可能有助于一些地区对发展石化工业的思考：1.提高企业集成度，向炼油化工大型化、一体化、智能化、清洁化等方向发展；2.提高石化企业对全球市场的适应性；3.在炼油化工一体化企业中炼油厂需要多产石化原料（宜烯则烯，宜芳则芳）；4.C3、C4产品需求增长快于乙烯，增产C3、C4产品的各种新技术受到高度重视；5.开发精细化工产品链，提高石化产品的附加值；6.煤化工、天然气化工及生物质化工正在蓬勃兴起；二、石化工业发展趋势与挑战当前我国石化工业发展中值得关注的趋势7.重视原油资源研究，建立安全可靠的原油供应体系；8.加快石化工业结构调整，实施炼油化工一体化项目；9.加大科技创新，优化工艺流程，提高加工深度和产品质量；10.应用信息化与自动化集成技术，提升现代企业管理水平；11.安全、节能、降耗、环保优先；12.新能源、新工艺、综合利用开发研究，促进制造行业发展；13.降低工厂生命周期成本，提高石化企业管理水平。国家发改委提出：新建炼油项目产能应在800万吨以上；新建乙烯项目产能应在80万吨以上；新建PX项目产能应在70万吨以上。中石化科技发展部提出：新建项目要符合“大型化，一体化，高科技”的方针。三、过程自动化技术发展历程过程自动化技术发展历程气动仪表3-15PSI20-100KPa50’s信号与协议特征与功能隔爆型仪表/本质安全型仪表/无火化型仪表4-20mA70’s远程调校仪表依赖不同的协议智能型HARTDEBRAIN80’s现场总线IEC61158-2ISA50.02良好的互操作性90’s电子仪表模数混合仪表全数字仪表无线数字仪表10-50mA0-20mA60’s现场调校气动电动电Ⅲ型模拟量模拟量混合型数字型无线数字型无线仪表IEC无线HARTISA100.11a良好的扩展性21cn气动单元组合仪表DCS电动单元组合仪表DCS/FCSDCS/FCS/WCS图3-1过程自动化仪表及控制系统发展进程图3-1过程自动化仪表及控制系统发展进程四、石化工业智能化生产技术4.1石油化工智能化生产成为必然趋势跨入21世纪以来，随着中国加入WTO后的承诺：“2005年石化产品零售市场开放；2007年石化产品批发市场开放”，中国的石化工业已经或即将被纳入到一个全球一体化的、充满激烈竞争的国际市场体系之中。在这个体系中，中国的石化企业如何站稳脚跟，不断提升综合竞争能力，并逐渐取得竞争优势，昀终能够接近和赶上世界一流的跨国企业，在国际竞争中立于不败之地，是摆在我国石化行业面前的重大而紧迫的课题。国家领导人多次指出“凡事预则立，不预则废”；“生于忧患，死于安乐”；“市场不相信眼泪”和“世界上比较大的战争多与石油有关”。党的“十六大”明确提出“用信息技术提升传统产业，尽快缩短与发达国家的发展差距”。人类文明发展的历史也证明了：只有不断地汲取先进思想，采用先进技术，与时俱进，才能取得竞争中的主导地位。作为当今世界上发展速度昀快的自动化技术、信息技术和与之相伴而生的现代管理技术，成为国际性企业争相采用、不断提升自身竞争力的技术手段和方法。对此，国家科技委于2003年初将列入国家中长期科学和技术发展战略研究的的重大专题之三——“制造业发展科技问题研究”中的分课题“石油化工流程的进步与智能化制造技术”委托中石化集团公司编制专题发展战略研究报告。其中的关键子课题“石油化工智能化生产技术”由中石化信息系统管理部和SEI联合编制，并于2003年9月完成。四、石化工业智能化生产技术当前世界各国十分重视发展“石油化工智能化生产技术”，包括：企业资源规划系统（ERP）、供应链管理系统（SCM）、工厂信息管理系统（PIMS）、先进计划系统（APS）、生产运营管理系统（MES）、实时数据库（RTDB）、先进过程控制/实时优化（APC/RTO）、分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。许多跨国公司应用上述系统并将他们集成在一起，实现了设计、生产管理和经营的一体化，大大增强了企业的竞争实力，加强了在国际市场上的垄断地位。例如，世界上前500强企业中有70%以上正在使用美国SAP的ERP解决方案。世界上几乎所有的大型跨国石化公司如：Exxon-Mobil，BP-Amoco，Shell，DowChemicals-UCC等均实施了ERP-MES-PCS整体解决方案，取得了明显的经济效益。为了占领“石油化工智能化生产技术”的制高点，许多国家提出了跨世纪的研究计划。例如，美国政府提出了《美国国家关键技