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《煉油與化工》2017年第5期

摘要：模擬仿真系統(tǒng)以其效果逼真、危險性低和培訓(xùn)方式靈活等特點，在當今煉化裝置的員工培訓(xùn)中備受關(guān)注。筆者以霍尼韋爾煉油模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)為例，從基本操作技能培訓(xùn)、復(fù)雜工況應(yīng)對能力培訓(xùn)、裝置優(yōu)化運行等幾個方面對煉油模擬仿真培訓(xùn)方案進行探討，并提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：新建煉油項目；模擬仿真；培訓(xùn)方案

近年來，隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)許多煉油企業(yè)都開發(fā)了與生產(chǎn)裝置相應(yīng)的模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。尤其是新建煉油項目，模擬仿真系統(tǒng)可以為相關(guān)人員在裝置開車前提供有效的實踐機會，縮短人員適應(yīng)新裝置的時間[1]。霍尼韋爾公司以UNISIM模擬仿真平臺為基礎(chǔ)架構(gòu)開發(fā)的煉油模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)就是其中的代表。

1霍尼韋爾煉油模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)簡介

霍尼韋爾公司開發(fā)的煉油模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，以UNISIM模擬仿真平臺為基礎(chǔ)架構(gòu)，收集所模擬生產(chǎn)裝置的設(shè)備技術(shù)規(guī)格書、設(shè)計說明書、操作條件、物料和熱量平衡數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，進行組態(tài)和構(gòu)建裝置模型，從而保證裝置模型的精準性和一致性，并可準確模擬裝置的冷態(tài)開車、熱態(tài)開車、正常運行、正常停車、緊急停車等工況。UNISIM模擬仿真平臺由模型服務(wù)器、教員站、現(xiàn)場站和DCS模擬操作站四部分組成。其中，模型服務(wù)器裝載了UNISIM模擬仿真平臺的計算引擎，負責動態(tài)仿真工藝模型的運行。教員站的功能是控制仿真程序的運行，它可以在培訓(xùn)過程中調(diào)用顯示畫面、下載模型、增加過程干擾、故障及執(zhí)行其他任務(wù)。現(xiàn)場站用于實現(xiàn)遠程操作功能，包括模擬裝置的現(xiàn)場閥門及其他手動設(shè)施，如非DCS控制或現(xiàn)場設(shè)備、SIS聯(lián)鎖控制功能等。DCS模擬操作站主要是對裝置的DCS操作站進行模擬。實際生產(chǎn)裝置與模擬仿真系統(tǒng)的對比如圖1所示。為了滿足不同人員的培訓(xùn)需求，模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)分為標準模型系統(tǒng)和高端模型系統(tǒng)兩部分，分別用于學員的基本操作技能培訓(xùn)和復(fù)雜工況操作技能培訓(xùn)。標準模型系統(tǒng)可供40個學員同時進行練習，包括燃氣加熱爐模型、高級精餾模型、酸水汽提模型等15個標準工藝模型。高端模型系統(tǒng)是根據(jù)煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置的實際情況基于UNISIM平臺開發(fā)裝置本身的模擬仿真系統(tǒng)，特別是對目前先進煉化裝置所采用的“全加氫、熱聯(lián)合”工藝進行精確模擬。

2新建煉油項目模擬仿真培訓(xùn)需求

在新建煉油項目中，由于是多個裝置同時開工建設(shè)，對裝置管理人員和操作人員的需求量很大，人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗存在差異，模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)只有根據(jù)學員的需要設(shè)計相應(yīng)的培訓(xùn)方案，培訓(xùn)效果才會事半功倍[2]。經(jīng)過分析，筆者認為新建煉油項目的裝置工作人員主要由兩部分組成，一部分是新入職的石油院校畢業(yè)生，另一部分是從企業(yè)內(nèi)部或從其他煉油企業(yè)招聘的技術(shù)人員和操作員。前一部分人員有一定的煉油理論基礎(chǔ)，但缺乏實際的裝置操控經(jīng)驗，包含了15個標準工藝模型的標準模擬仿真系統(tǒng)為他們獲得煉油裝置基本的操作經(jīng)驗提供了機會。而后一部分人員有較豐富的同類裝置管理與操作經(jīng)驗，但是新裝置由于工藝設(shè)備的更新，與老裝置多少有些區(qū)別，這就需要高端模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)為這部分員工快速掌握新裝置的工藝流程、積累應(yīng)對各種復(fù)雜工況的經(jīng)驗提供良好的平臺。同時，院校畢業(yè)生經(jīng)過標準培訓(xùn)系統(tǒng)的學習后，也可以通過高端培訓(xùn)系統(tǒng)了解先進煉化裝置的復(fù)雜工況。

3模擬仿真系統(tǒng)培訓(xùn)方案

3.1依托標準培訓(xùn)系統(tǒng)提高學員的基本操作技能

根據(jù)新入職的石油院校畢業(yè)生有一定的煉油理論基礎(chǔ)但缺乏實際的裝置操控經(jīng)驗的實際情況，結(jié)合15個標準工藝模型的各自特點，本著先易后難、循序漸進的原則，可以把對這一部分人員的培訓(xùn)分為煉油裝置通用設(shè)備的基本操作培訓(xùn)（如燃氣加熱爐、離心壓縮機模型）、煉油裝置的局部單元的基本操作培訓(xùn)（如胺處理模型、酸水汽提模型等）和完整的煉油裝置的基本操作培訓(xùn)（如高級精餾模型、催化裂化模型等）三個階段，其中高級精餾模型的操作界面如圖2所示。學員通過三個階段的學習，可以進一步深化對煉油裝置的基本工藝原理和控制原理的理解，積累工藝經(jīng)驗和提高故障診斷能力。

3.2利用高端培訓(xùn)系統(tǒng)提升學員應(yīng)對復(fù)雜工況的能力

在高端仿真模型系統(tǒng)的培訓(xùn)方案設(shè)計中，可以從裝置關(guān)鍵設(shè)備的單獨開停、裝置局部單元的開車、裝置故障的診斷和整個裝置的開停車四個方面設(shè)置相關(guān)的培訓(xùn)課程，以提高學員應(yīng)對復(fù)雜工況的能力。

3.2.1裝置關(guān)鍵設(shè)備的單獨開停

由于裝置全流程的開停時間較長，需要多人協(xié)作完成，為了降低難度，首先安排學員接受裝置關(guān)鍵設(shè)備（如循環(huán)氫壓縮機、加熱爐、燃燒爐）的開停操作的培訓(xùn)，以幫助學員深入理解設(shè)備的連鎖邏輯和工藝過程。比如在硫磺回收裝置中，就安排學員接受主燃燒爐的單獨開停、SIS系統(tǒng)的連鎖與復(fù)位等的培訓(xùn)。

3.2.2裝置局部單元的開車

由于裝置全流程的開停時間較長，為了強化學員對于裝置的某些工況狀態(tài)的敏感性，安排學員對裝置的局部單元進行開車訓(xùn)練。比如在加氫裂化裝置中，讓學員對分餾系統(tǒng)建立冷油循環(huán)、分餾系統(tǒng)點爐建立熱油循環(huán)、投用循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)等幾個部分進行操作練習。

3.2.3整個裝置的開停車

熟練掌握裝置的整個開停車過程，是理解裝置的工藝特點、設(shè)備組成和生產(chǎn)流程的最佳途徑，在學員掌握了裝置的關(guān)鍵設(shè)備和局部單元操作流程的基礎(chǔ)上，安排學員進行整個裝置的開停車操作。由于流程復(fù)雜，一個人很難獨立完成，學員以組為單位，通過DCS操作站和現(xiàn)場站操作人員的合作，共同完成裝置的開停車，提高學員在裝置管理與操作中的協(xié)同配合能力。

3.2.4裝置故障的診斷

模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的教員站可以對裝置可能出現(xiàn)的設(shè)備故障或事故狀態(tài)進行設(shè)置[3]。在本項培訓(xùn)環(huán)節(jié)中，由教員在裝置模型中自行設(shè)置故障或調(diào)用模型內(nèi)的預(yù)設(shè)故障，然后由學員判斷故障原因，并采取相應(yīng)措施加以解決，進而保證學員的應(yīng)急處置能力不斷提升。

3.3裝置運行優(yōu)化

煉油裝置生產(chǎn)運行過程的優(yōu)化對提升企業(yè)經(jīng)濟效益和市場競爭力有重要作用。在優(yōu)化方面，具有完善的物性數(shù)據(jù)庫和先進的流程模擬技術(shù)的模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以發(fā)揮相應(yīng)作用[4-5]。學員在掌握應(yīng)對復(fù)雜工況的能力的基礎(chǔ)上，可以借助系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)運算能力和模型良好的穩(wěn)定性，通過修改相關(guān)的工藝參數(shù)（如原料組成、溫度、壓力），觀察參數(shù)修改后裝置運行的情況，發(fā)現(xiàn)裝置運行的瓶頸和薄弱環(huán)節(jié)，為裝置開工后的長周期優(yōu)化運行提供參考，。

4需要注意的問題

4.1培訓(xùn)效果的檢驗

培訓(xùn)評分系統(tǒng)是檢驗學員培訓(xùn)效果的重要工具[6]。模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以利用裝置模型中指定的點位進行評分，教員可以根據(jù)實際情況對評分點位置、分值大小等參數(shù)進行設(shè)置和修改。在培訓(xùn)過程中，需要在裝置模型的哪些點位設(shè)置評分點，分值設(shè)置為多少合適，需要仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的管理人員與具有豐富經(jīng)驗的裝置管理人員/操作人員進行充分的溝通，根據(jù)裝置生產(chǎn)的實際情況設(shè)計評分標準。

4.2仿真模型的維護

高端模擬仿真模型雖然是對先進煉化裝置的模擬，但如果實際裝置進行了技措技改，裝置的工藝條件、操作參數(shù)和控制邏輯等就與仿真模型存在出入，因此，培訓(xùn)系統(tǒng)的管理人員需要在熟悉工藝流程和模型建模方法的基礎(chǔ)上，通過模型服務(wù)器定期修改模型，補充和完善相關(guān)數(shù)據(jù)。

5結(jié)語

目前我國有許多新建煉化企業(yè)或煉化裝置擴能改造項目，必將有大批的裝置管理人員和操作人員需要通過模擬仿真培訓(xùn)，在裝置開車前了解新裝置的工作流程，積累處置各種情況的工作經(jīng)驗。筆者相信，霍尼韋爾煉油模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)必將在煉油人才培養(yǎng)方面提供有力的支持。

參考文獻

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[4]游曉艷,段偉.煉化過程系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].石油石化節(jié)能,2012(4):11-14.

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[6]孟曉中,祝子強.石化裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)[J].石化技術(shù),2005,12(9):49-52.

作者：王磊 單位：大連石化公司信息管理部