为乙烯装置安上“中国大脑”

　　“只需输入裂解原料基本物性和组成，即可一次完成4个条件、8个变量的优化方案计算，完全满足了乙烯装置实际生产对优化计算的需求，一点也不比国外软件差。”8月8日，在兰州石化乙烯厂46万吨/年乙烯装置现场，当班班长李东山说。他提到的，是中国石油石化研究院兰州化工研究中心与清华大学共同开发的大型乙烯裂解炉模拟优化系统(EcSOS)。

　　该系统是一款乙烯原料及裂解炉操作优化软件。该软件通过计算即可快速完成乙烯原料优选和生产操作优化，推动了我国乙烯生产优化手段的进步，已在兰州石化、川石化、抚顺石化等成功实现工业应用。

　　模拟优化准确、灵活和快速

　　当前，乙烯装置大型化、裂解原料多样化趋势越来越明显，生产企业往往无法及时掌握原料裂解性能。同时，裂解炉在操作过程中受结焦等实际运行情况的影响，操作状态不断变化，传统的维持全周期裂解条件不变的生产方式不能充分挖掘裂解炉的潜力。

　　工业软件被形象地称为生产装置的“大脑”。“工业软件不但可以控制产品生产和设备运行，而且实时监测产品和设备的运行状态，实现迭代优化。”石化院兰州化工研究中心大型乙烯裂解炉模拟优化系统项目负责人田亮说，生产过程的优化和稳定控制是降低运行成本、提高生产效率、打造核心竞争力的前提，而工业软件是实现这一前提的有效载体。

　　兰州石化橡胶厂丁苯车间工程师李金山认为，中国石油生产装置已经具有很强的信息化条件和基础，采集了大量生产数据。但这些数据在应用分析和利用等环节还存在瓶颈。其原因是缺乏拥有自主知识产权的分析利用和模拟优化平台，导致这些分散的数据之间不能连通，无法挖掘价值。

　　相比传统的实验室优化技术和工业炉现场标定方法，计算机模拟技术可准确、灵活和快速地对乙烯裂解实际生产过程进行优化。然而，国外软件只能模拟计算，缺乏优化功能，且不能针对国内原料和装置运行情况作出相应调整，导致国内厂家实际使用效果不佳。EcSOS利用计算机技术，结合大量的实验数据和工业炉实际运行情况，实现了在国内复杂多变裂解情况下对裂解炉进行准确、灵活和快速模拟优化，可形成针对性强的个性化裂解炉模拟优化运行方案。

　　生产过程更柔性、智能和集成化

　　兰州石化公司石化厂生产技术科李国新介绍，蒸汽热裂解制乙烯是所有石油化工生产中流程最长、设备最多、工艺机理最复杂的一环。裂解炉是石油化工的龙头，要想整个装置达到最优化运行，裂解原料优化和裂解炉运行优化是最基础和最关键的环节。

　　据介绍，根据生产需求和市场变化，EcSOS可对原料进行快速模拟评价并获得最优的裂解操作条件，使得生产过程更柔性、更智能、更集成化，并且能实现知识获取、规模化利用与传承的融合。兰州石化投用EcSOS后，操作人员在投料前就能掌握原料的裂解性能、最优的操作条件及裂解产物的分布，能够在不增加大型设备投资成本的基础上，有效发挥现有生产装置的运行潜能，实现增产、节能与降耗等目标，增加企业经济效益。

　　同时，EcSOS对乙烯裂解过程的分级模型及算法更贴近国内实际情况。一套年产100万吨的乙烯装置，每年需要310万吨以上的裂解原料。针对实际生产中原料复杂多变的情况，EcSOS按原料的不同种类或产地，建立相应的裂解原料数据库及分子表征模型，实现原料分子水平的精准表达，从而为基于上千个自由基反应的复杂机理模型的模拟过程提供数据支撑。针对气态原料、液化气、轻烃、石脑油、轻柴油、加氢尾油等分别优化反应网络，实现不同原料的分模型模拟计算，极大地提高了裂解产物预测精度，更有助于工厂优化复杂多变的原料。

　　另外，为了同时保证EcSOS对热裂解模型的计算速度和计算精度，清华大学开发人员将复杂网络技术与大数据技术引入开发研究，实现乙烯裂解反应网络及其模拟的降维优化，进一步减少模拟计算时间，从而支撑裂解炉的多目标操作优化，实现了求解“快速而不失真”，模拟结果与工业炉实际裂解结果高度吻合。

　　同时，EcSOS多目标优化技术，可有效解决国内乙烯生产装置实际生产需求多变的问题。装置投料前，先将参数输入软件，然后经过计算，自动提交一份优化后的操作方案。然后，按照这个方案组织生产，可以最大限度提升资源的配置效率，实现降本增效。

　　彻底摆脱依赖进口的被动局面

　　兰州理工大学石油化工学院院长李贵贤表示，石化院和清华大学研究团队针对乙烯裂解模拟优化开展了十几年的研究，在前期大型乙烯成套技术国产开发项目中完成的设计版“石油烃裂解产物预测系统”，解决了国产化乙烯裂解炉设计中的关键核心问题。他们自主开发的EcSOS，对国内乙烯企业的优化运行将产生及时有效的指导。该技术也因此获得2021年中国石油科技进步二等奖。

　　田亮认为，EcSOS填补了该领域国产化软件的空白，彻底改变了依赖进口的被动局面，对于工业化、信息化、智能化的“三化”融合起到有力的促进作用，成功实现了乙烯装置“大脑”的自主可控。并且，石化院与清华大学强强合作，不仅取得了技术上的重大突破，实现了乙烯生产工业软件的自主可控，而且培养了一支高水平、能攻关的科研人才队伍，为今后我国乙烯生产工业软件的应用拓展和石化行业工业软件的开发积累了经验。