在線(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件(RTO)-年增效1551萬(wàn),產(chǎn)品收率相對偏差控制在±5%

當前，世界百年未有之大變局加速演進(jìn)，俄烏戰爭也深刻改變地緣環(huán)境，大國博弈日趨加劇，美國結盟圍堵中國特別是打壓我國先進(jìn)制造業(yè)的圖謀愈演愈烈。隨著(zhù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的興起，新型工業(yè)軟件再度成為發(fā)達國家爭奪的戰略高地。工業(yè)軟件已經(jīng)成為支撐流程制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng )新的“國之重器”之一，可謂是“工業(yè)之魂”。石化工業(yè)軟件是石化工業(yè)的“神經(jīng)系統”，更是支撐石化強國建設的基石。石化工業(yè)自主工業(yè)軟件缺乏已成為我國由石化大國向石化強國邁進(jìn)的“瓶頸”，成為石化工業(yè)“卡脖子”之痛。而在線(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件作為石化核心工業(yè)軟件之一，是兩化融合，數智賦能的重要工具，對推動(dòng)石化行業(yè)智能制造，提升新質(zhì)生產(chǎn)力具有非常重要的戰略意義，事關(guān)國家能源安全及產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈穩定。

在線(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件（RTO）項目得到了國家領(lǐng)導人、國家部委、院士專(zhuān)家團隊、中國石化集團公司領(lǐng)導、石化盈科及合作單位的大力支持和高度關(guān)注。石化盈科牽頭承擔乙烯裂解、S Zorb、連續重整 3 類(lèi)工藝的專(zhuān)用 RTO軟件攻關(guān)工作，該 3 個(gè)專(zhuān)用 RTO 軟件研發(fā)與實(shí)施采用了大量人工智能（AI）算法和模型技術(shù)，形成了乙烯裂解爐、S Zorb 反應器和再生器等工藝模型，自主擁有了數據預處理、穩態(tài)工況判斷、SQP 求解器、非梯度求解器、數據接口、在線(xiàn)調度模塊等核心技術(shù)。

在線(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件（RTO）采用的AI 技術(shù)或者算法選擇下面 3 方面進(jìn)行介紹。

1)面向實(shí)時(shí)優(yōu)化的多源數據清洗與轉換

為了確保現場(chǎng)測量數據的質(zhì)量和可靠性，面向實(shí)時(shí)優(yōu)化的數據預處理采用了機器學(xué)習算法。針對中科煉化乙烯裂解裝置，攻克了“乙烯裂解機理+數據驅動(dòng)”的建模技術(shù)和大規模非線(xiàn)性規劃系列技術(shù)，開(kāi)發(fā)了序列二次規劃（SQP）算法、內點(diǎn)信賴(lài)域算法、混合驅動(dòng)初值生成算法、動(dòng)態(tài)降維算法、自適應微分技術(shù)、加速迭代算法，為通用 RTO 平臺的研發(fā)奠定基礎。與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)了“研發(fā)機理+數據驅動(dòng)”模式的裂解爐反應器模型、結焦周期模型、超高壓蒸汽發(fā)生模型、燃燒模型，結合與裂解爐模型相匹配的 SQP 求解器和在線(xiàn)計算平臺，封裝形成乙烯裂解爐專(zhuān)用實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件。

2)非梯度求解模塊

如圖所示，RTO 根據不同裝置的計算量采用了基于個(gè)體的優(yōu)化算法模塊和基于種群的優(yōu)化算法模塊，前者適用于求解 10-100 維連續優(yōu)化問(wèn)題，并在 200-500 次迭代內找到滿(mǎn)意解，后者適用于求解 100-500 維連續優(yōu)化 問(wèn)題，并在 500-1000 次迭代內找到滿(mǎn)意解。

（i）基于個(gè)體的優(yōu)化算法

（ii）基于種群的優(yōu)化算法圖

13.1 非梯度求解模塊

3)基于強化學(xué)習算法的參數優(yōu)化求解算法

針對復雜的實(shí)際化工過(guò)程，其參數優(yōu)化問(wèn)題選用數據驅動(dòng)的強化學(xué)習等 AI 路線(xiàn)實(shí)現構建成基于強化學(xué)習方法的參數優(yōu)化求解模型，并結合強化學(xué)習算法,實(shí)現生產(chǎn)裝置參數優(yōu)化。強化學(xué)習模型的訓練需要設置網(wǎng)絡(luò )層數、學(xué)習率等超參數，其中模型超參數的選擇運用了貝葉斯優(yōu)化等方法來(lái)實(shí)現，進(jìn)而提升強化學(xué)習模型的準確性。

建設成效 專(zhuān)用 RTO 軟件在乙烯裂解、S Zorb 裝置應用取得的成效如下。

乙烯裂解爐專(zhuān)用 RTO 軟件應用。乙烯裂解爐專(zhuān)用 RTO 軟件投用后，以效益最大化為目標，實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行裂解爐原料分配、裂解深度、稀釋比優(yōu)化計算。每小時(shí)對裂解爐自動(dòng)執行一次操作優(yōu)化計算，提高雙烯收率 0.14wt%，噸乙烯增效 17.74 元，折合裝置年增效 1551 萬(wàn)元。單次優(yōu)化求解平均時(shí)間僅用 3 分 38 秒，單爐產(chǎn)品收率相對偏差控制在±5%以?xún)龋�模型收斂率接�?100%。

S Zorb 裝置專(zhuān)用 RTO 軟件應用。S Zorb 裝置專(zhuān)用RTO 軟件投用后，以辛烷值損失最小化為優(yōu)化目標，產(chǎn)品硫含量符合排放標準為約束目標，實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行反應溫度、氫油比等變量的優(yōu)化計算。在保證產(chǎn)品脫硫的效果和不增加裝置能耗劑耗的條件下，降低辛烷值損失 0.4 個(gè)單位以上，經(jīng)濟效益 3500 萬(wàn)元，并且 RTO 收斂率達到 90%以上，裝置運行平穩性提高 35%以上。