江西省数字领航企业数字化转型实践案例④

案例4 中国石油化工股份有限公司九江分公司

基于IPC技术提升芳烃装置全工况全流程智控水平

一、企业简介

中国石油化工股份有限公司九江分公司隶属于中国石化，是我国中部地区和长江流域重点炼化企业、江西省唯一的大型石油化工企业，1980年10月建成投产，现有原油一次加工能力1000万吨/年，主要有汽煤柴油、化工轻油、石油焦、聚丙烯、苯乙烯、PX等产品。投产以来，累计加工原油超1.45亿吨、销售收入超6900亿元、实现利税约1400亿元。2025年，销售收入395亿元、上缴税费90.37亿元。

“十二五”以来，九江石化始终坚持创新驱动两化融合战略，倾力培育“绿色低碳”“智能工厂”“党建力量”三大核心竞争优势，以“原创、高端、引领”为目标，致力探索和实践数字化、网络化、智能化制造，积极推进传统石化流程型企业提质增效、转型升级，先后获评国家“智能制造试点示范企业”（2015年）、“两化融合管理体系贯标示范企业”（2017年）、“智能制造标杆企业”（2019年）、“数字领航企业”（2023年）、“卓越级智能工厂”（2024年），入选国家“5G工厂名录”（2025年），通过国家最高级别“两化融合管理体系”和“数字化转型管理体系”双5A级评定（2025年，全国4家企业之一，行业唯一）。

二、案例概述

九江石化89万吨/年芳烃联合装置作为中国石化第三代芳烃技术的首套工业应用装置，面对工艺流程长、控制逻辑复杂等难题，创新引入IPC全流程智能控制技术，突破传统PID与APC的局限，构建跨设备单元协同控制体系。项目实现395个PID回路精准优化、对7个塔实施多变量智能控制、9个关键液位控制回路做智能非线性区域控制改造、4台加热炉建立加热炉智能控制、47项本质安全约束等部署，推动装置自控率提升至99.64%，综合能耗较IPC系统应用前下降约3.97kgoe/tPX，每年增加经济效益1374万元，打造了炼化行业复杂装置“智改数转”的典型范例。

图1 IPC系统多变量智能控制

图2 IPC系统应急导航操作

（一）案例背景

该芳烃联合装置工艺极为复杂，生产流程冗长且具备多变量、非线性、强耦合、大时滞、多约束、多目标以及自干扰等特性，常规控制手段难以保障装置实现长周期的高效稳定运行，其能耗与产品收率和国内外先进水平仍存在一定差距。为切实提升芳烃装置智能化运行水平，在九江石化芳烃联合装置开展IPC全流程智能控制开发，旨在全面提升装置基础PID控制回路性能，提高控制器鲁棒性，实现多设备跨单元大规模协同控制，以增加目标产品收率、节能降耗、降低操作强度为目标，取得显著经济效益和社会效益。

图3 芳烃联合装置简易流程图

（二）采取技术

IPC全流程智能控制技术是将信息化和工业化“两化”深度融合的新一代全流程智能控制系统，该系统包括Robust-M智能建模、Robust PID智能PID控制、Robust ANLC智能非线性区域控制、Robust MIC多变量智能控制、Robust IFC智能函数控制、Robust ES专家系统、Robust OCD最优控制设计、Robust ISCC本质安全约束控制等多项关键技术，解决生产装置从基础层控制到多变量对象的协同控制难题，提升生产装置智能化运行水平。

图4 IPC全流程智能控制技术

（三）取得成效

通过IPC智能控制技术，全面提升芳烃联合装置基础PID控制回路性能，提高控制器鲁棒性，实现多设备跨单元大规模协同控制，显著提高装置平稳率和自控率、减少生产波动，大幅度降低能耗、增加目标产品收率以提高经济效益，有效减少员工工作量、降低操作强度，提升装置智能化操作水平，实现“安稳长满优”运行。

三、解决的痛点及需求

该芳烃联合装置设计规模为89万吨/年，包含90万吨/年芳烃抽提、572万吨/年二甲苯分馏、131万吨/年歧化及烷基化转移、511万吨/年吸附分离、409万吨/年异构化等5套主体单元。芳烃联合装置工艺复杂，各子系统以热联合形式互相关联，系统耦合性强、工艺流程长，控制回路多且存在多变量、非线性、大时滞、多约束、多目标以及自干扰等控制难题，常规PID控制难以满足高质量控制要求，频繁出现工艺参数波动大、装置基础控制回路抗干扰能力差问题，部分重要控制参数需要人工频繁调整，造成员工劳动强度增加和综合能耗提高。IPC全流程智能控制技术路线具有强鲁棒性、多变量协同控制、非线性控制、本质安全约束控制、PID智能整定等技术优势，九江石化经过技术比选决定采用国产IPC全流程智能控制技术在芳烃联合装置进行针对性功能开发和应用，能有效提高装置平稳率，增强装置基础控制回路抗干扰能力，大幅减少工艺参数波动次数，从而有效降低员工劳动强度和提高经济效益。

四、案例实施内容

（1）基础控制优化层。一是优化全域PID参数：运用Robust-PID算法完成395个控制回路参数整定，显著抑制温度、压力、液位波动。二是重构复杂控制方案：针对356个回路优化67个控制方案，完善分程控制、超驰回路、串级控制及三冲量控制功能。三是实现关键设备精准控制：将溶剂回收塔顶温度控制改为压力控制，彻底消除天气变化对工况的干扰。

（2）多变量协同层。一是增加智能动态协同操作：新增8组智能函数控制器，实现装置负荷/温度自动提降及多变量动态协同。二是实现塔器群智能调控：为7座精馏塔部署多变量智能控制器，抑制塔间耦合干扰。三是升级加热炉系统：优化2台加热炉控制方案，新增燃料气压力高低保超驰控制、新增炉膛负压、氧含量控制器，并具备同步操作功能。实施后，加热炉炉出口温度实现精准控制。四是优化重沸炉协同操作：重构2台重沸炉控制系统，新增16组进料同步操作、流量均衡/支路均衡控制、总进料量智能函数控制、氧含量和炉膛负压控制、炉温度/塔压/气化率选择控制、燃料气压力高低保超驰控制、阀位本质安全约束。重沸炉采用塔压控制后，能长期稳定运行。五是实现空冷系统多变量控制：对K-701/K-901空冷系统实施多变量均衡控制，同步调节12组86个手操器，消除共振隐患。

（3）全工况自适应层。一是开发各工况无缝切换功能：新增9套控制方案切换模块，支持正常生产与油联运工况一键转换。二是优化汽包液位多功能控制：为8个汽包液位增设主控/串级/三冲量切换功能，使液位波动稳定在±3%。三是增设应急操作导航：开发K-701停机等18类异常工况的DCS应急导航系统，提升应急处置效率50%。

（4）本质安全强化层。一是增设阀位安全防护：在47个关键回路部署阀位本质安全约束模块，根治手自动切换阀位跳变风险。二是增加串级控制冗余设计：为50个串级控制回路增加主控直连阀位功能，确保仪表故障时仍可自动运行。三是增设区域智能约束：新增16个智能区域控制器，实现工艺参数超限自主防护。四是实现空冷器集群操控：12组空冷器实现一键手动/自动切换及多回路同步操作，单次操作耗时从10分钟压缩至12秒。

五、应用成效和亮点

（一）经济效益分析

 IPC系统在该芳烃联合装置全面上线后，装置基础控制回路抗干扰能力显著增强，工艺参数波动大幅减少，工艺报警次数有效降低，并实现了热联合与加热炉联动调整、两台汽轮机冷后温度、1.8MPa蒸汽管网压力、加热炉氧含量及负压等多项重要参数的自动控制，使操作人员工作量得到大幅下降，同时多项关键控制参数实现了卡边操作，装置效能得到显著提升。IPC系统投用前后，装置主要改进指标对比见下表1：

IPC系统投用后，经济效益有效提升。关键控制参数如汽轮机冷后温度、抽余液塔压等实现平稳控制，减少了蒸汽消耗及抽余侧线PDEB跑损；加热炉氧含量实现降至1.5%左右精确控制，并可根据装置负荷变化自动调整加热炉负荷，有效降低了瓦斯消耗。装置综合能耗较IPC系统应用前下降约3.97kgoe/tPX。按照芳烃装置单位能耗费用3.89元/kgoe计算，装置每吨PX生产成本下降约15.44元，按全年产出89万吨PX产品测算，每年可增加经济效益1374万元。

（二）项目价值及示范推广意义

九江石化芳烃联合装置成功应用国产IPC全流程智能控制系统，其价值与推广意义深远。该项目不仅实现了装置能耗显著降低、运行效能与安全水平全面提升，更探索出一条以自主智能控制技术驱动复杂流程工业高质量发展的有效路径。其示范意义在于，通过系统性构建“基础优化－协同控制－自适应调节－本质安全”的智能控制体系，破解了多变量、强耦合、非线性等传统控制难题，实现了从“经验操作”到“精准智控”的跨越，经济效益与绿色低碳效益同步显现。该模式具备高度的可复制性与推广价值，其模块化、强鲁棒性的技术特点，可快速适配于炼油、化工、电力等连续流程行业中的各类大型复杂装置，为传统产业通过“智改数转”实现提质增效、安全稳定运行提供了成熟可靠的解决方案，对推动我国流程制造业整体转型升级、培育新质生产力具有积极的行业引领和区域带动作用。