在线实时优化软件(RTO)-年增效1551万,产品收率相对偏差控制在±5%

当前，世界百年未有之大变局加速演进，俄乌战争也深刻改变地缘环境，大国博弈日趋加剧，美国结盟围堵中国特别是打压我国先进制造业的图谋愈演愈烈。随着工业互联网平台的兴起，新型工业软件再度成为发达国家争夺的战略G地。工业软件已经成为支撑流程制造产业发展和创新的“国之重器”之一，可谓是“工业之魂”。石化工业软件是石化工业的“神经系统”，更是支撑石化强国建设的基石。石化工业自主工业软件缺乏已成为我国由石化大国向石化强国迈进的“瓶颈”，成为石化工业“卡脖子”之痛。而在线实时优化软件作为石化核心工业软件之一，是两化融合，数智赋能的重要工具，对推动石化行业智能制造，提升新质生产力具有非常重要的战略意义，事关国家能源安全及产业链供应链稳定。

在线实时优化软件（RTO）项目得到了国家L导人、国家部委、院士专家团队、中国石化集团公司L导、石化盈科及合作单位的大力支持和G度关注。石化盈科牵头承担乙烯裂解、S Zorb、连续重整 3 类工艺的专用 RTO软件攻关工作，该 3 个专用 RTO 软件研发与实施采用了大量人工智能（AI）算法和模型技术，形成了乙烯裂解炉、S Zorb 反应器和再生器等工艺模型，自主拥有了数据预处理、稳态工况判断、SQP 求解器、非梯度求解器、数据接口、在线调度模块等核心技术。

在线实时优化软件（RTO）采用的AI 技术或者算法选择下面 3 方面进行介绍。

1)面向实时优化的多源数据清洗与转换

为了确保现场测量数据的质量和可靠性，面向实时优化的数据预处理采用了机器学习算法。针对中科炼化乙烯裂解装置，攻克了“乙烯裂解机理+数据驱动”的建模技术和大规模非线性规划系列技术，开发了序列二次规划（SQP）算法、内点信赖域算法、混合驱动初值生成算法、动态降维算法、自适应微分技术、加速迭代算法，为通用 RTO 平台的研发奠定基础。与此同时，开发了“研发机理+数据驱动”模式的裂解炉反应器模型、结焦周期模型、超G压蒸汽发生模型、燃烧模型，结合与裂解炉模型相匹配的 SQP 求解器和在线计算平台，封装形成乙烯裂解炉专用实时优化软件。

2)非梯度求解模块

如图所示，RTO 根据不同装置的计算量采用了基于个体的优化算法模块和基于种群的优化算法模块，前者适用于求解 10-100 维连续优化问题，并在 200-500 次迭代内找到满意解，后者适用于求解 100-500 维连续优化 问题，并在 500-1000 次迭代内找到满意解。

（i）基于个体的优化算法

（ii）基于种群的优化算法图

13.1 非梯度求解模块

3)基于强化学习算法的参数优化求解算法

针对复杂的实际化工过程，其参数优化问题选用数据驱动的强化学习等 AI 路线实现构建成基于强化学习方法的参数优化求解模型，并结合强化学习算法,实现生产装置参数优化。强化学习模型的训练需要设置网络层数、学习率等超参数，其中模型超参数的选择运用了贝叶斯优化等方法来实现，进而提升强化学习模型的准确性。

建设成效 专用 RTO 软件在乙烯裂解、S Zorb 装置应用取得的成效如下。

乙烯裂解炉专用 RTO 软件应用。乙烯裂解炉专用 RTO 软件投用后，以效益大化为目标，实时在线进行裂解炉原料分配、裂解深度、稀释比优化计算。每小时对裂解炉自动执行一次操作优化计算，提G双烯收率 0.14wt%，吨乙烯增效 17.74 元，折合装置年增效 1551 万元。单次优化求解平均时间仅用 3 分 38 秒，单炉产品收率相对偏差控制在±5%以内，模型收敛率接近 100%。

S Zorb 装置专用 RTO 软件应用。S Zorb 装置专用RTO 软件投用后，以辛烷值损失小化为优化目标，产品硫含量符合排放标准为约束目标，实时在线进行反应温度、氢油比等变量的优化计算。在保证产品脱硫的效果和不增加装置能耗剂耗的条件下，降低辛烷值损失 0.4 个单位以上，经济效益 3500 万元，并且 RTO 收敛率达到 90%以上，装置运行平稳性提G 35%以上。