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【摘 要】以**煤化工煤制天然气OTS仿真系统为例,简要介绍了煤制天然气项目工艺,操作员仿真培训系统的架构,煤制天然气OTS系统的前期准备、功能设计、模型开发、系统集成、测试验收等开发过程,实现的功能和应用情况.
【关 键 词】煤制天然气动态模拟系统（操作仿真培训系统）测试验收系统完善
21世纪以来,中国的天然气消费开始快速增长,2015年中国的天然气消费量将达20O0～2400亿m3,2020年会达到3000亿m3.而从供给看,出台的“十一五”规划初步确定天然气2015年天然气产量为1700亿m3,至少存在300亿m3的缺口.这样的背景下,煤制天然气在国内得到了快速发展.**煤制天然气项目采用先进技术以煤炭转化合成天然气,工艺复杂,自动化程度高,属高温、高压、易燃、易爆、易中毒的高危行业,对操作工的技术要求较高.在装置原始投料试车前,使用OTS对操作员工进行装置的开停车、事故处理训练,上岗前技术考核,装置开车方案论证、事故分析、工艺及自控设计方案的可行性分析与优化有着重要意义.
1OTS模拟仿真系统简介
操作员仿真培训系统即动态模拟系统,简称OTS（OperatorTrainingSystem）,是结合实际生产过程,应用计算机仿真技术对实习基地生产过程进行仿真模拟,解决实习教学环节中学生不能动手实践的问题[1-2].它是以计算机技术为手段,通过建立过程的动态数学模型,并在以计算机为基础的硬件环境上再现真实过程系统特性的软硬件系统.其主要目的是使生产操作人员在进行实际生产操作前,了解、熟悉、掌握生产过程和操作环境,以培养一批技术熟练、经验丰富的操作人员[3].
2**煤制天然气OTS操作员仿真培训系统的开发
**煤化工OTS系统于2012年2月开始前期准备,2012年12月投入培训应用,取得了良好的使用效果.
2.1项目内容
本项目OTS系统开发设计是根据项目的实际工艺装置与使用要求,采用5套工艺模拟模型以满足不同工艺装置,以及工厂培训需要.包括：3×51000Nm3/h制氧的大型空分装置；22台碎煤加压气化炉及煤气水分离、冷却变化、酚氨回收装置；净化采用林德低温甲醇洗工艺、氨混合制冷,硫回收采用克劳斯工艺技术；甲烷化、甲烷压缩等.（表1）
2.2系统开发
开发小组在DYNSIM上建立各工段流程,根据动、静设备设计数据设定模型参数,然后对照稳态物料和能量平衡表,利用ASPEN或Pro/II软件进行参数修正.稳态调试合格后,进行动态调试,工艺人员对模型进行开停工测试,观察系统响应是否正确,将结果反馈给开发人员进行参数调整.根据工艺需要,模型中设置了超温连锁,泛塔,换热器泄漏等事故案例,可以通过教员站启动这些事故进行应急处理培训.
2.3系统测试验收
系统集成后,由工艺专业技术人员两名、技术员四名对OTS进行测试.测试中,对照物料平衡表和工艺指标,对系统进行开停车等测试,观察模型的响应.由于现实生产的复杂性,以及仿真软件自身的局限性,对于OTS必须进行一定的简化处理.
截止2012年12月26日,**煤化工OTS模拟仿真培训教室正式建成,包括工程师站、控制器模拟站,模拟服务器2台机组,教员站2台电脑,移动教员站1台电脑,学员站共计40台电脑.OTS架构如图1所示.
3系统的应用情况和效果
3.1控制系统的完善
在OTS出厂验收时,共发现DCS组态问题7l项,包括控制器作用方向反,复杂控制回路不完善,开关色变有误,联锁动作有误等；发现ESD逻辑图错误1项,逻辑运算“AND”与工艺设计要求不符,会导致全厂联锁误动作；发现ITCC组态错误4项,包括温压补偿参数有误,参数联锁值与设备厂商提供数据不符,升速模式跳转有误等.问题最终反馈到项目工程师,逐一进行确认修改.
3.2员工技能培训
新建装置操作员工缺乏实际生产经验,通过OTS培训,员工在较短的时间内,加深了对煤制天然气生产的认识,提高了操作技能.在开停车,事故处理演练过程中,操作工可以较为逼真,深刻的体会操作中的难点,重点,摸索经验,锻炼水平.学生在实验室仿真操作环境中,获得与实际环境相一致的训练,培养学生的工程实践能力.同时,仿真虚拟空间具有开放性,提供了改进、优化和创新设计平台,进而培养学生创新实践能力.
3.3员工考核
以往各类技能考核操作,由于受装置安全生产的限制,尤其是事故处理、生产波动调整等内容,无法做到让被考人员在装置上进行真实地操作,只能以笔答、口答的形式进行.这样的考核方式不能测评出被考人员的实际操作技能水平.**煤化工在装置试车开始前,对所有受培员工使用OTS进行操作技能测评.员工以班组为单位参加测评,在规定的时间内,完成特定的生产任务（包括开停车和事故处理）,根据任务的完成情况,班组的配合默契与否,工艺参数的超限幅度、超限时间,操作步骤,对突发事故的处理情况等进行综合考核.
3.4工艺方案的验证和完善
OTS系统基于严格计算的、成熟的动态模拟,能够较大程度的模拟出实际装置的真实生产过程和生产结果,得到较高的拟合度.塔石化OTS建模采用动态仿真软件DYNSIM,它采用和化工行业通用的稳态仿真软件PRO/II相同的热力学原理、基础和算法,理论上具备工艺方案的验证和优化能力[7].
由于国内尚无煤制天然气厂可供学习参考,技术人员在编制开停车方案时,缺乏经验和相关资料,对一些操作细节考虑不到,影响到了方案的可行性.操作员工根据试用版的操作方案进行OTS开停车培训,发现了开停车方案中的一些问题,操作中的难点和关键点,并提出修改建议,对方案本身也是一种验证.而OTS可以低成本,无风险的模拟事故厂况,而且能够根据需要调慢系统模拟速度,暂停工况,进行处理演练和分析研究.这些对于方案编制者加深对事故工况的认识,编制预案时确定关键步骤顺序,加强各岗位问配合,以及对细节的补充完善都有很重要的作用[7].
3.5生产优化操作
OTS系统对于新建装置开车,意义重大,能够使员工培训节省费用,缩短时间,提升效果,并在一定程度上缩短开车时间,减少操作不当引起的事故发生率.根据目前装置初步设计数据,**煤制天然气OTS系统和实际吻合较好,下一阶段,我们将根据煤制天然气生产装置的原始试车数据,对模型进行修正,使这套系统能够用于今后的生产优化操作.