裂解爐裂解深度控制的應(yīng)用

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1、裂解爐裂解深度控制的應(yīng)用錢利明，王哲(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)摘要:目前乙烯裝置追求高附加值產(chǎn)率等最佳效益，然而由于乙烯裂解原料來源較復(fù)雜、各種油品變化較為頻繁，僅實(shí)現(xiàn)裂解爐平均出口溫度定值控制是不能充分實(shí)現(xiàn)乙烯裂解裝置的最佳效益的，因此開發(fā)深度串級(jí)控制是各乙烯裝置的目標(biāo)。介紹了通過一種基于裂解深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的Smith預(yù)估控制方案建立的裂解深度軟測(cè)量模型，以及該裂解深度軟測(cè)量模型與APC控制相集成的方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解爐裂解深度的平穩(wěn)控制。關(guān)鍵詞:裂解爐深度控制穩(wěn)定維護(hù)目前各大乙烯生產(chǎn)裝置均大力

2、開發(fā)各種裂解爐的先進(jìn)控制系統(tǒng)。主要目的在于穩(wěn)定裂解爐的爐管出口溫度(COT)，利用計(jì)算機(jī)的前饋等功能，來避免人為調(diào)整所造成的波動(dòng)過大。本文所論述的裂解爐深度控制系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)是APC爐管出口溫度高級(jí)控制，而后在此基礎(chǔ)上做出一個(gè)上層的裂解爐深度控制器。1．2影響裂解深度的工藝因素裂解的目標(biāo)是獲得盡可能多的目的產(chǎn)物，為此必須合理地控制影響裂解深度的因素。工藝因素主要有以下幾個(gè):1)裂解爐爐管出口溫度;2)橫跨溫度;3)停留時(shí)間;4)烴分壓、稀釋蒸汽和稀釋比;5)爐管出口壓力;6)急冷鍋爐出口溫度。在以乙烯為主要目標(biāo)的裂解反應(yīng)中，其反

3、應(yīng)條件應(yīng)該滿足高溫、短停留時(shí)間、低烴分壓的要求，且在裂解生產(chǎn)過程中，必須保證裂解溫度、汽烴比和生產(chǎn)負(fù)荷的穩(wěn)定。11．1裂解深度的物理意義及其影響因素裂解深度的物理意義裂解深度就是指裂解反應(yīng)進(jìn)行的程度。在裂解液體原料時(shí)，因?yàn)樵现谢静缓蚁┖捅?，故分析裂解產(chǎn)物中主要產(chǎn)品乙烯和丙烯的量，可以方便地獲得乙烯對(duì)丙烯的收率比。液體原料裂解產(chǎn)物收率與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系見圖1。裂解深度控制策略與實(shí)施裂解深度控制策略乙烯收率取決于原料進(jìn)料的芳烴指數(shù)和裂解22．1深度，對(duì)于特定的原料，其芳烴指數(shù)是一定的。這樣，乙烯的收率就直接取決于裂解深度。在一

4、定的范圍內(nèi)，乙烯收率隨著裂解深度的增加而增收稿日期:2013－01－11。作者簡(jiǎn)介:錢利明，男，2009年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事乙烯裝置裂解生產(chǎn)管理工作，助理工程師。圖1液體原料裂解產(chǎn)物收率與反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系從圖1可看出:隨著裂解反應(yīng)的進(jìn)行，乙烯收率逐步增加，而丙烯收率增長(zhǎng)稍慢，到最高點(diǎn)后下降?！?8·乙烯工業(yè)第25卷加。而丙烯、丁二烯的收率卻隨之下降。另一方面，裂解深度過高后，乙烯收率不但不增加，反而會(huì)下降。因此，應(yīng)將裂解深度控制在工藝要求的最佳值附近，以獲得理想的乙烯收率。目前，實(shí)際應(yīng)用中多以丙烯/乙烯比

5、值來代表裂解爐的深度控制值。裂解深度的控制主要通過控制爐管平均出口溫度(COT)來實(shí)現(xiàn)。COT對(duì)乙烯收率的影響非常可觀。目前國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的裂解深度控制方案，控制原理見圖2［1］。度值，然后再選取合適的控制方案。在線裂解深度值主要通過裂解氣在線成分分析儀測(cè)定、計(jì)算。通過筆者所在裝置的色譜分析數(shù)據(jù)實(shí)際情況看，主要存在以下缺點(diǎn):1)色譜數(shù)據(jù)分析延遲，基本1個(gè)樣品點(diǎn)需要約8min的分析時(shí)長(zhǎng)，這樣對(duì)于實(shí)時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)意義不大。2)色譜由于冷卻系統(tǒng)或者較多故障情況會(huì)出現(xiàn)非正常狀況的波峰或者波谷，給分析判斷帶來不便。通過上面分析可知，直接利用在線

6、分析儀的值無法實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解深度的有效控制，需要根據(jù)各種有效參數(shù)，結(jié)合色譜分析數(shù)據(jù)來建立計(jì)算機(jī)模擬控制的方案。為此，該生產(chǎn)裝置與國內(nèi)某高校聯(lián)合研發(fā)了一種裂解爐深度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。該方案的原理如圖3所示［1］。通過分析油品特性、裂解爐負(fù)荷、汽烴比、爐管平均出口溫度等主要參數(shù)與裂解深度因子(丙烯/乙烯收率比)之間的關(guān)系，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立裂解深度預(yù)測(cè)模型，從而根據(jù)裂解爐的運(yùn)行狀況預(yù)測(cè)當(dāng)前的裂解深度，并利用在線分析儀輸出對(duì)裂解深度預(yù)測(cè)模型的輸出進(jìn)行校正并作為裂解深度控制器的測(cè)量輸出值(PV)，從而然后通過深度控制器自動(dòng)設(shè)定COT控制器的設(shè)

7、定值(SP)，從而達(dá)到穩(wěn)定裂解深度的目標(biāo)。圖2裂解深度控制原理從圖2可看出:裂解深度控制是把在線的裂解深度值與設(shè)定的目標(biāo)值比較，得出深度因子，利用適當(dāng)?shù)目刂颇K來對(duì)裂解爐爐管出口溫度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裂解深度控制。深度控制的關(guān)鍵在于首先得出在線的裂解深圖3基于預(yù)測(cè)模型的裂解深度Smith預(yù)估控制方案跟蹤設(shè)定值變化;外環(huán)為裂解深度控制，在爐況變化或裂解油品屬性變化時(shí)，用來控制裂解爐裂解深度的穩(wěn)定和跟蹤性能，控制對(duì)象為裂解爐，控制指標(biāo)為COT和裂解深度(丙烯/乙烯收率比)［2］。在實(shí)際操作中，為軟件增加了無效波的過濾功能，減少軟件的

8、誤判可能性。2．2裂解深度控制的實(shí)施裂解深度控制DCS功能模塊如圖4所示［2］。該深度控制系統(tǒng)以投料總量、原料類型(密度)、裂解COT、汽烴比等幾個(gè)參數(shù)為輔助變量。深度控制方案采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)為COT控制，用來穩(wěn)定裂解爐操作，使裂解爐COT第25卷錢利明