1、项目背景

万华化学是中国化工行业市值最高的头部企业，在绿色化、数字化、智能化方面也走在全国前列。本项目通过规划实施氯碱工厂PID整定、APC先进控制、高级报警管理、关键设备在线诊断以及机器人智能巡检等系统，最终实现万华化学氯碱工厂以“零手动操作、无人化巡检、全工况自主优化运行”为特征的全面数智化升级。

2、项目目标与原则

(1)  对氯碱装置所有 PID 控制回路进行性能评估与参数自动整定，实现PID基础回路自控率达到100%的目标。

(2)  对氯碱装置应用智能动态优化控制系统，实现操作频次低于 2 次/h/人，逐步实现“零手动操作”目标。

(3)  对氯碱装置应用先进报警管理系统，减少无效报警对操作员的干扰，实现报警次数不高于 1 次/h/人的目标。

(4)  对氯碱装置关键设备应用在线状态监测与诊断系统，对应急段所带电机、风机进行机组运行的振动、位移、温度、电流等参数在线监测，对设备存在的运行问题和可能发生的故障进行分析、预报并落实故障检修方案。避免设备恶性损坏事故的发生，降低机组停机次数、缩短停机时间、减少安全生产隐患、保障应急响应快速高效。

(5)  对氯碱装置应用机器人巡检系统，对生产设备设施、管道等进行定时无人化巡检，规避巡检人员长时间处于温度高、噪音大、潜在受伤害等的风险环境中，同时提高设备的可靠性和延长使用寿命。

3、项目实施与应用情况

3.1项目情况介绍

万华化学氯碱数智工厂项目自2023年11月开工，历时一年，完成全部子系统的上线和整体验收，达到预期目标。

（1）PID整定系统：对低稳定性回路进行整定后，目前整个装置自控率为98.3%，剩余1.7%的回路纳入APC控制，纳入先进控制APC后整定率达到100%。

（2）APC先进控制系统：完成氯碱装置全流程，包括电解槽及淡盐水、气化单元负荷、次纳生产、树脂塔单元、氯气干燥硫酸、盐水部分（配水、澄清桶、戈尔、精盐水、盐水回用及膜法脱硝）、蒸发部分（蒸发及罐区）、氯氢酸工段（罗茨风机、一/二/三透平机）等先进控制系统的整体上线，实现全流程、全工况的自主优化运行，包括盐水工段配水到精盐水的自动化、蒸发系统一键升降负荷；电解工段电解槽加酸系数的自动调整、脱氯塔加酸加碱的自动调整、阴极出口碱液浓度的平稳控制；氯氢工段透平机的自动调整、液下泵的自动调整、次纳的一键配置等。

（3）高级报警管理系统：覆盖电解、氯氢酸、盐水蒸发、水气供装4个工段，总计42套装置，17937个位号，89个用户，条件报警屏蔽59组。

（4）关键设备在线状态诊断系统：共计安装传感器252个、网关箱20个、监测14个区域91台设备，设备在线率100%，系统每日凌晨4点自动输出诊断报告。

（5）智能巡检机器人系统：一期离子膜电解智能巡检机器人引用一图多模、视频算法巡检等新技术，单槽巡检时间从8分钟缩短到2分钟，巡检效率提升4倍，巡检时间共耗时38分钟；一期液氯储槽一楼二楼智能挂轨式巡检机器人巡检时间分别为45分钟何40分钟。完全满足1小时巡检一次的目标。

3.2项目建设创新

（1）零手动操作与全工况自主优化运行技术创新：本项目引入复杂化工工程全工况自主优化运行技术（该技术经权威机构鉴定，鉴定委员会认为，该技术成果整体技术达到了国际先进水平），首次针对氯碱装置的全流程，实现PID性能评估与自整定、智能动态优化控制、一键自动启停、自动升降负荷、工况智能识别、先进报警管理、生产异常智能语音预警、设备异常在线诊断等智能化应用，实现了万华化学（烟台）氯碱热电公司氯碱装置的全流程、全工况零手动操作和自主优化运行。

（2）机器人智能快速巡检技术创新：本项目突破了一图多模、视频快速巡检、机器人与摄像头联合巡检等新技术，其中，使用一图多模技术，两台表计的巡检仅需10秒，巡检效率提升3～4倍；使用视频算法快速巡检技术，单槽视频实时巡检从8分钟降到2分钟，巡检效率提升4倍；使用机器人与摄像头联合巡检技术，解决了机器人无法通行区域的巡检任务。

3.2 项目建设成效

（1）PID整定系统：整个装置自控率为98.3%，剩余1.7%的回路纳入APC控制，纳入先进控制APC后整定率达到100%。

（2）APC先进控制系统：

实现氯碱装置，包括电解槽及淡盐水、气化单元负荷、次纳生产、树脂塔单元、氯气干燥硫酸、盐水部分（配水、澄清桶、戈尔、精盐水、盐水回用及膜法脱硝）、蒸发部分（蒸发及罐区）、氯氢酸工段（罗茨风机、一/二/三透平机）等的全流程、全工况的自主优化运行

①实现盐水工段从配水、澄清桶、戈尔、精盐水的自动化；膜法脱硝系统的一键配酸；蒸发系统一键升降负荷及三效液位的自动控制；罐区的一键配碱及罐区至灌装工序的自主控制等；

②实现电解工段当升降电流负荷时，电解槽加酸系数的自动调整、氯氢压差的自动调整、脱氯塔加酸加碱的自动调整、透平机的自动调整，达到涉及整个工段全过程的自主优化运行；实现电解槽温的控制、树脂塔反冲洗的控制及阴极液碱浓度的控制；

③实现氯氢工段当升降电流负荷时透平机的自动调整、液下泵的自动调整、罗茨风机的自动控制、硫酸干燥的自动控制、次纳的一键配置等。

通过统计平均数据，APC投入前操作频次约2700次/天，实施后降低到操作频次约0.8次/h/人，无限接近零手动操作效果。

（3）高级报警管理系统：系统覆盖电解、氯氢酸、盐水蒸发、水气供装4个工段，总计42套装置，17937个位号，89个用户，条件报警屏蔽59组，高级报警系统中报警数据实时监测，自动输出周报、进行统计分析。经数据对比，周报警量较初期项目试运行前下降90.03%，其中EMERGENCY紧急事件报警下降99.26%，超过两小时未处理的报警下降42.5%，频繁报警TOP5报警次数下降78.3%。

（4）关键设备在线状态诊断系统：共计安装传感器252个、网关箱20个、监测14个区域91台设备，设备在线率100%，设备运行状态实时监测，及时报警。通过使用该系统，可以及时发现设备故障，避免故障发展为事故，并准确诊断分析设备故障，实现维修计划有的放矢，减少了检修时间。系统投用6个月，设备事故发生率为0。

（5）智能巡检机器人系统：实现液氯储槽、一期离子膜电解间机器人智能化巡检1小时1次，对泄漏、表计、红外、气体等巡检项进行监测，实现无人化巡检，并实现对现场巡检内容的实时报警，显著降低了巡检人员的劳动强度。 

4、效益分析

万华化学（烟台）氯碱热电公司氯碱装置系统性、创造性地应用PID整定、APC先进控制、高级报警管理、关键设备在线诊断和机器人巡检等新技术，显著提高了自动化率和装置操作平稳性，显著降低了报警次数和操作频次，显著降低设备故障率，显著降低了内操和外操人员的劳动强度，实现了全工况下的自主优化运行和无人化巡检，经上线前后数据比对，氯碱装置电和蒸汽等能耗降低2.6%，经济效益达数百万元，经济效益和社会效益显著。

万华化学以“全工况自主优化运行”为特征的氯碱数智工厂项目在氯碱装置上首次应用具有国际先进水平的复杂化工过程全工况自主优化运行技术，创造性、系统性地集成应用PID整定、APC先进控制、高级报警管理、关键设备在线诊断和机器人巡检等新技术和新产品，显著提高了氯碱装置的自动化率和装置操作平稳性，显著降低了报警次数和操作频次，显著降低了设备故障率，显著降低了内操和外操人员的劳动强度，实现了全工况下的自主优化运行和无人化巡检，逼近零手动操作，经上线前后数据比对，氯碱装置电和蒸汽等能耗降低2.6%，经济效益达数百万元，经济效益和社会效益显著。万华化学是中国化工行业市值最高的头部企业，万华氯碱数智化工厂的成功实践得到了万华化学集团的高度认可，正在向集团其他生产基地辐射。