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出版者:Wiley-AIChE

作者:Cecil Smith

出品人:

页数:431

译者:

出版时间:2009-01-27

价格:USD 99.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470381939

丛书系列:

图书标签:

Process Control
Chemical Engineering
Automation
Industrial Control
Control Systems
Instrumentation
Manufacturing
Process Optimization
Feedback Control
PID Control

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具体描述

Practical Process Control (loop tuning and troubleshooting). This book differs from others on the market in several respects. First, the presentation is totally in the time domain (the word "LaPlace" is nowhere to be found). The focus of the book is actually troubleshooting, not tuning. If a controller is "tunable", the tuning procedure will be straightforward and uneventful. But if a loop is "untunable", difficulties will be experienced, usually early in the tuning effort. The nature of any difficulty provides valuable clues to what is rendering the loop "untunable". For example, if reducing the controller gain leads to increased oscillations, one should look for possible interaction with one or more other loops. Tuning difficulties are always symptoms of other problems; effective troubleshooting involves recognizing the clues, identifying the root cause of the problem, and making corrections.

Furthermore, most loops are rendered "untunable" due to some aspect of the steady-state behavior of the process. Consequently, the book focuses more on the relationship of process control to steady-state process characteristics than to dynamic process characteristics. One prerequisite to effective troubleshooting is to "demystify" some of the characteristics of the PID control equations. One unique aspect of this book is that it explains in the time domain all aspects of the PID control equation (including as the difference between the parallel and series forms of the PID, the reset feedback form of the PID equation, reset windup protection, etc.) The book stresses an appropriate P&I (process and instrumentation) diagram as critical to successful tuning. If the P&I is not right, tuning difficulties are inevitable. Developing and analyzing P&I diagrams is a critical aspect of troubleshooting.

现代炼油厂的复杂性与优化：一本聚焦于过程性能提升的专著图书名称：现代炼油厂的复杂性与优化：一本聚焦于过程性能提升的专著目标读者：石油化工工程师、炼油厂操作与管理人员、过程控制系统设计者、化学工程专业高年级学生及研究生。内容概述：本书深入探讨了现代炼油厂在面对日益严苛的环保法规、波动不定的原油市场以及对产品质量和能效的极致追求时，所面临的复杂技术挑战。不同于传统的、侧重于基础原理或单一单元操作的书籍，本著作将焦点精确地对准了“集成优化”这一核心议题，即如何将分散的单元操作通过先进的控制策略、实时数据分析和系统级优化方法有机地结合起来，以实现整个炼油厂的整体经济效益最大化。本书的结构设计旨在引导读者从宏观的炼油厂布局和物流链条入手，逐步深入到关键单元的动态行为分析与先进控制应用，最终落脚于整体的实时优化（RTO）框架构建。 --- 第一部分：炼油厂的集成化挑战与性能基准本部分首先确立了现代炼油厂的系统边界和核心约束条件。炼油过程不再是孤立单元的简单堆砌，而是高度耦合、相互影响的复杂网络。第一章：炼油厂的系统级耦合分析详细剖析了原油进料变化对下游催化裂化（FCC）、连续重整（CCR）以及加氢裂化（Hydrocracking）单元的影响路径。重点讨论了物流、能量和物料平衡的相互依赖性，强调了质量流和能量流的同步优化是实现高效运行的前提。分析了管网、泵和热交换器网络作为“连接件”在系统级性能劣化中的作用。第二章：经济驱动力与性能指标体系的构建探讨了当前全球炼油行业面临的主要经济压力，包括低硫燃料要求、生物燃料掺混的挑战以及碳排放限制。本书提出了一套超越传统操作率和收率的“综合性能指数（CPI）”体系，该体系将产品组合的实时市场价值、能耗的碳成本以及设备的健康状态因子纳入考量，为后续的优化模型奠定基础。第三章：数据基础设施与模型准备先进优化依赖于可靠的数据。本章详述了从分布式控制系统（DCS）和安全仪表系统（SIS）中提取高频、高质量历史数据的策略。深入讲解了数据清洗、缺失值插补以及如何利用软测量技术（Soft Sensing）来实时估计关键的、难以直接测量的质量变量（如催化剂活性、产品辛烷值分布）。强调了数据治理在维持模型准确性中的长期价值。 --- 第二部分：关键单元的动态建模与高级控制策略本部分是本书的技术核心，专注于如何通过精确的动态模型和先进的控制算法来应对高非线性和强耦合单元的操作难题。第四章：催化裂化（FCC）单元的非线性控制 FCC是炼油厂的“利润中心”，但其反应动力学和流化床操作的随机性使其成为控制的难点。本章详细介绍了基于模型预测控制（MPC）应用于FCC的实践。重点分析了如何对反应器温度剖面、再生器氧含量以及提升管流化速率进行多变量、约束驱动的协同控制，以最大限度地提高高价值馏分（如丙烯和汽油）的产率，同时确保再生器热稳定。第五章：连续重整（CCR）的能效与稳定性控制 CCR的挑战在于维持催化剂的活性和反应器的均匀温度场。本章提出了一种混合控制架构，结合了先进的过程控制（APC）来管理进料的预处理和反应温度梯度，以及一种针对平台汽产品质量（如芳烃含量）的反馈前馈控制方案，以应对进料波动和催化剂老化导致的慢变动态。特别关注了能量集成（如氢气回收与再压缩）的控制策略。第六章：精馏塔群的解耦与能耗最小化炼油厂的能耗大头在于精馏。本章摒弃了简单的PI控制，转而探讨使用模型重参数化方法对高塔（如常压蒸馏塔和减压蒸馏塔）进行先进控制。详细阐述了利用精馏塔的特定动态特性（如塔顶负荷变化对塔底质量的影响）来设计解耦控制器，并在不牺牲分离效率的前提下，通过优化回流比和塔底采出量来实现能耗的阶梯式下降。第七章：加氢处理与环境合规的控制面对日益严格的硫含量限制，加氢单元的控制至关重要。本章聚焦于如何利用先进的反馈机制来管理催化剂床层的硫容。介绍了一种基于反应动力学预测的进料速率控制策略，该策略能够预见催化剂的失活趋势，并提前调整操作压力或氢气循环率，从而延长催化剂寿命，并确保最终产品硫含量低于法规限值。 --- 第三部分：全厂范围的实时优化与决策支持本部分将视角拉回到整个炼油厂层面，探讨如何将单元级的先进控制策略嵌入到一个统一的、面向经济效益的优化框架中。第八章：实时优化（RTO）系统的架构与实施深入解析了现代RTO系统的结构，包括稳态模型构建、线性或非线性优化求解器的选择，以及模型与操作数据的同步机制。重点讨论了如何处理RTO模型中固有的“模型失配”问题，并提出了一种基于不确定性量化的优化调度方法，以提高优化结果的鲁棒性。第九章：高级调度与生产计划的动态集成讨论了如何将长期的生产计划（如一周或一月计划）与短期的RTO结果进行有效衔接。引入了“多层控制金字塔”的概念，确保优化目标从经济层（最高层）向下传递，最终转化为DCS可执行的设定点变化。阐述了如何通过灵活的排产模型快速响应原油价格的突发变动。第十章：设备健康管理与预测性维护的集成控制将过程控制与资产绩效管理（APM）相结合。通过分析关键旋转设备（如压缩机、泵）的振动和温度数据，并将其作为过程控制模型的外部扰动或约束条件。例如，当预测到某一循环泵的效率将因结垢而下降时，RTO系统应自动调整相关精馏塔的回流比，以补偿效率损失，从而维持整体最优操作点，避免非计划停机。第十一章：面向未来的数字孪生与操作员培训展望了数字孪生技术在炼油厂中的应用。本书认为，一个准确、高保真的数字孪生模型是实现极端优化操作和安全培训的终极工具。详细介绍了如何利用高保真CFD（计算流体力学）模型来校准和验证现有流程模型的关键参数，并构建沉浸式模拟环境，以训练操作员在处理多变量耦合失衡情况下的快速决策能力。 --- 结论：面向韧性的集成化运营本书总结了现代炼油厂运营的核心思想：韧性（Resilience）和适应性。通过系统性的建模、先进的控制和实时的经济优化，炼油厂可以构建一个能够快速吸收外部冲击（如原料质量剧变、需求突变）并自动调整至新的经济最优点的自适应生产系统。本书提供了一套完整的蓝图和实用的技术指南，帮助工程师和管理者实现这一目标。 --- 附录：附录A：炼油过程关键热力学与组分数据参考附录B：先进控制常见模型求解器性能对比附录C：案例研究：某大型芳烃联合装置的MPC实施与效益分析