Industrial implementation of a real time optimizer.

Esta tese descreve o desenvolvimento e implementação de um otimizador em tempo real da operação do conversor da unidade de craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) da refinaria Henrique Lage localizada em São José dos Campos. É desenvolvida uma estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo e restrições incorporam componentes dinâmicos e estáticos. Os problemas de controle multivariável e otimização econômica são resolvidos simultaneamente num mesmo algoritmo. É utilizado um modelo rigoroso do processo para determinar as condições econômicas ótimas do estado estacionário do conversor. Por intermédio do modelo dinâmico, obtido através de testes em degrau na planta, é determinada a melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto de maior lucratividade, sem violar as suas restrições operacionais durante as transições. As variáveis controladas e manipuladas possuem restrições tanto no transiente como no estado estacionário. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de um algoritmo SQP. A nova estratégia de otimização forneceu excelentes resultados nas simulações com as condições normais de operação e as perturbações típicas da unidade. Na comparação desta estratégia com a convencional, cujas funções de controle e otimização estão separadas, a mesma mostrou um melhor desempenho por manter o processo mais estável. Na fase de implementação do otimizador, o controlador preditivo multivariável existente no conversor foi adaptado para a nova estrutura de otimização através da inclusão das funções de otimização que envolvem o modelo rigoroso do estado estacionário do processo. O controlador/otimizador foi inserido no software da Petrobras denominado SICON, o qual já era utilizado como plataforma de sintonia e manutenção do controlador multivariável linear do conversor. Esse software tem facilidades para desenvolvimento e implementação de estratégias de controle avançado. Neste trabalho são apresentados os aspectos mais importantes da integração do otimizador na estrutura de automação da refinaria e o seu comissionamento. Estão também relacionadas as principais dificuldades encontradas na implementação do otimizador e a forma que as mesmas foram solucionadas. Os resultados obtidos na planta mostram um bom desempenho do novo algoritmo tanto em relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade.This thesis describes the development and implementation of a real time optimizer of the operation of a fluid catalytic cracking (FCC) converter in the Henrique Lage refinery located in São José dos Campos. It is developed an optimization strategy integrated into the predictive controller whose objective function and constraints incorporate dynamic and static components. The multivariable control and the economic optimization problems are solved simultaneously by the same algorithm. A rigorous process model is used to determine the converter steady-state optimum economic operating conditions. By utilizing a dynamic model, obtained through step tests in the plant, calculations are carried out in order to determine the best path to drive the process to its more profitable operating point, without violating operational constraints during the transient modes. All controlled and manipulated variables are constrained, both in the steady-state and in the dynamic states. The resulting optimization problem is nonlinear and is solved by an SQP algorithm. The new optimization strategy has provided excellent results in the simulations performed at normal operating conditions and typical disturbances. Comparing to the conventional strategy, whose control and optimization functions are separated, the new one has shown a better performance by maintaining a smoother operation of the process. In the optimizer implementation phase, the existent predictive linear controller was adapted to the new optimization structure by including the optimization function that involves the rigorous steady-state model of the process. The optimizing controller was inserted in Petrobras SICON software, which was already being used as a tuning and maintenance platform of the linear multivariable controller of the converter. This software has nice features for the development and implementation of advanced process control strategies. In this work it is presented the more important aspects of the optimizer integration into the refinery automation structure and its commissioning. The main difficulties of the optimizer implementation and the way how they were solved are also related. Plant results show a good performance of the new algorithm in terms of economic benefits and unit stabilization