石化工业过程自动化技术的应用趋势与战略思考

石化工业过程自动化技术的应用趋势与战略思考自控中心站建站50周年站庆暨学术交流会林融杭州,2011年6月10日1一、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、大型中央控制室绿色设计理念五、过程控制系统应用需求及发展趋势六、现场总线技术应用需求及发展趋势七、工业无线网络技术应用前景八、总结标题2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，智能仪表技术、过程控制系统集成化技术、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。本文通过分析石化行业在“十二五”期间的发展趋势与挑战，并从国家能源安全、环保低碳、节能减排及循环经济的角度进行战略性思考，结合过程自动化技术的昀新进展与工程实践，对过程自动化技术在石化工业的应用趋势和发展前景进行预测与展望，以期能够抛砖引玉。一、前言3二、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中国石油和化学工业联合会在6月1日的“2011中国塑料产业大会”上透露，2010年我国石油和化工全行业总产值达到8.88万亿元(占GDP的12.7%)，位居世界第二。特别是化学工业首次突破5.3万亿元，跃居世界第二，有20多种大宗产品产量位居世界前列。目前已经形成了近20个千万吨级炼油基地，10个百万吨级乙烯基地，为保障国家粮食安全、能源安全，促进国民经济持续快速健康发展做出了重要贡献。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，2010年达到4.49亿吨，平均每年增长2000多万吨。炼油产能达4亿吨，乙烯产能达1419万吨，均居世界第二位。根据石化行业协会预测，到2015年底，我国的炼油产能将接近5亿吨，重点建设四川、北海、泉州、惠州、湛江、镇海、台州、揭阳、唐山等9个千万吨级炼油厂；乙烯产能将达到2400万吨，重点建设四川、武汉、惠州、镇海、唐山、湛江、海南等7个百万吨级乙烯厂。与此同时，现有的炼油厂、乙烯厂也在不断进行扩能改造。4二、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）和与卡塔尔合资建设2000万吨炼油项目（浙江台州）；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。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FujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoSeccoFujianTianjinDushanziHuizhouMaomingFushunBYCZhenhaiWuhanFujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushunQingdaoFujianHainanTianjinDushanziQinzhouFushunQingdaoSecco福建天津独山子惠州茂名抚顺四川镇海武汉QingdaoFujianHainanTianjinDushanziHuizhouQinzhouFushun泉州海南唐山独山子北海抚顺青岛四川惠州揭阳湛江湛江台州唐山镇海海南5二、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2010年我国消费石油4.49亿吨，石油消费增长量与GDP增长基本同步。原油产量首次超过2亿吨，净进口石油（含石油产品）2.49亿吨，原油进口依存度达到55%，根据多方面预测，到2020年石油进口依存度将超过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2-3所示）。6二、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2-3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7二、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国际能源机构（IEA）2010年7月19日发布消息：中国已在2009年超越美国，成为全球昀大的能源消费国，消费了22.5亿吨标准油的能源，包括石油天然气、煤炭、核能和水能等等，比美国高出了大概4%，约占全球的20%。第二天国家能源局就否定了这个数据，在官方发布的《统计摘要（2010年）》中，2009年的能源消费大约为30.66亿吨标准煤，因为标准煤和国际通用的以石油为主要能源的标准油当量体系不同，折算后相当于21.4亿吨标准油。中国已探明的含碳能源储藏量结构现状是：富煤、缺油、少气。中国与世界的能源消费结构对比如图2-4及图2-5所示。8二、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70%18%3.9%7.8%0.3%能源比例煤石油天然气水电、核电、风电其它（太阳能、潮汐能等）928%38%24.0%9.0%1.0%能源比例煤石油天然气水电、核电、风电其它（太阳能、潮汐能等）图2-4中国能源消费结构图2-5世界平均能源消费结构二、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.炼油及石化原料供需矛盾越来越突出；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%。“十二五”发展规划要求，二氧化碳排放量与“十一五”规划同比要下降17%。10二、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《石油战争》揭示了世界地缘政治斗争的本质德国地缘政治学者威廉·恩道尔的著作《石油战争》，着力于围绕石油控制而展开的战争这一战略力量，追溯了过去一个多世纪里关于强权政策、帝国政策和世界霸权政策的历史，以详实的史料剖析了以英美为首的西方国家利用石油武器塑造全球霸权的秘密。贯穿该书的一条红线即围绕石油控制而展开的战争，需要指出的是，战争在这里并非完全是指赤裸裸的军事战争，政治、经济、外交及科技的对抗与制裁也夹杂在内，其间甚至不乏颠覆与暗杀。该书描绘了世界地缘政治斗争的生动场景，揭示了诸多重大的历史真相。“如果你控制了石油，你就控制住了所有国家；如果你控制了粮食，你就控制住了所有的人；如果你控制了货币，你就控制住了整个世界。”20世纪70年代，时任美国国务卿的亨利·基辛格如此断言，将石油、粮食和货币提到了极高的战略位置。时至21世纪，石油在国家战略中的地位日益攀升，并与金融发生了千丝万缕的联系，国际油价更是成为各国经济的“晴雨表”，石油的地缘战略意义已不言自明，背后赫然隐藏着大国间利益博弈的“政治图谱”。11二、石化工业发展趋势与挑战热点之一：煤制油、煤化工、煤层气开采蓬勃兴起煤制油、煤化工、天然气化工及生物质化工发展迅猛12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2-6含碳能源综合利用图图2-6含碳能源综合利用图二、石化工业发展趋势与挑战热点之一：煤制油、煤化工、煤层气开采蓬勃兴起13图2-7煤制油、煤化工综合利用图图2-7煤制油、煤化工综合利用图煤层气天然气煤层气俗称瓦斯，是一种新型清洁能源。新一轮的全国煤层气资源评价结果表明，中国42个主要含气盆地埋深2000米以及浅煤层气地质资源量为36.8万亿立方米，是仅次于俄罗斯和加拿大的世界第三大煤层气储藏国。国家能源局在《煤层气开发利用“十二五”规划》提出，“十二五”末，我国煤层气产量将达200-240亿立方米，更有分析人士指出，未来五年我国将存在1600亿立方米的天然气缺口，其中有50%将由煤层气替代，预计达800亿立方米。另外，排放煤层气的温室效应是排放CO2的21倍！二、石化工业发展趋势与挑战热点之一：煤制油、煤化工、煤层气开采蓬勃兴起14图2-8全国煤化工项目分布图图2-8全国煤化工项目分布图面临的主要挑战：•耗水量巨大（1:6），而富煤地区缺水严重；•三废量巨大（1:2），环保形势严峻；•项目投资高，关键设备需进口；•生产技术不成熟，能耗偏高；•设备维护费用居高不下；•煤制油、煤化工技术人才缺乏；•项目布点集中，对市场冲击大。二、石化工业发展趋势与挑战热点之一：煤制油、煤化工、煤层气开采蓬勃兴起中国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2-9中国与世界部分国家能源效率对比图图2-9中国与世界部分国家能源效率对比图15主要原因分析：1)中国多数工业企业生产规模小、布局分散、技术装备落后、能耗偏高；2)能源消费结构中，煤炭比重过大，能源效率偏低。二、石化工业发展趋势与挑战热点之一：煤制油、煤化工、煤层气开采蓬勃兴起164月12日，国家发改委下发了《关于规范煤化工产业有序发展的通知》，针对一些地区不顾资源和环境承载能力，盲目规划、违规建设、无序发展煤化工等现象进行急刹车。这是自2006年以来，国家发改委针对我国煤化工过热现象进行的第五次“刹车”。《通知》昀惹人关注之处莫过于对五大新型煤化工项目审批权限的收紧。《通知》规定：各级发展改革部门要严格遵守国家对建设项目的相关管理规定和审批程序，进一步加强煤化工项目审批管理，不得下放审批权限，严禁化整为零，违规审批。在新的核准目录出台之前，禁止建设以下项目：年产50万吨及以下煤经甲醇制烯烃项目，年产100万吨及以下煤制甲醇项目，年产100万吨及以下煤制二甲醚项目，年产100万吨及以下煤制油项目，年产20亿立方米及以下煤制天然气项目，年产20万吨及以下煤制乙二醇项目。上述标准以上的大型煤炭加工转化项目，须报经国家发改委核准。二、