[发明专利]一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。

背景技术

在石油化工领域中，常用石油分馏产品作原料，通过采用比较高的温度使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，来提供有机化工原料。图1是现有蒸汽裂解反应装置的示意结构图，该蒸汽裂解反应装置包括裂解炉1、急冷器2、第一水冷分离罐3、第二水冷分离罐4、冰冷分离罐5和分析仪6，裂解炉1又包括对流段和辐射段(均未示出)。图1所示的蒸汽裂解反应装置的蒸汽裂解工艺流程为：将裂解原料和作为稀释剂的水送入裂解炉1的对流段中，两者在对流段中混合并且混合物的温度要达到横跨温度(即裂解原料经过对流段预热而进入辐射段之前的温度)；然后混合物进入裂解炉1的辐射段中进行裂解；裂解后的混合物之后通过急冷器2、第一水冷分离罐3、第二水冷分离罐4和冰冷分离罐5，并之后由分析仪6进行分析。

现有的蒸汽裂解反应装置在对流段和辐射段中通常采用电阻炉进行加热，并通过炉管上的热电偶采集对流段和辐射段中的温度，之后控制系统对采集到的温度进行处理并根据处理结果来控制可控硅调压器以实现对对流段和辐射段温度的控制。现有的控制系统采用的是PID控制器。

但是，由于电阻炉炉温控制的特点是时间常数大、惯性大、纯滞后大，而且裂解炉内各段的温度耦合影响强烈，所以导致在裂解炉的升温阶段的温度波动剧烈。而如果通过使温度设定值以小的斜率缓慢上升至给定温度来减小温度的波动幅度，则会大大增加实验时间，而且温度控制效果也不理想，温度波动依然存在，如图2所示；另一方面，由于原料的成分、流量会随着不同的实验要求而有所不同，从而导致在保温阶段进料时控制系统克服干扰的能力较差，温度波动过大，温度控制偏差超过±20℃，且稳定时间过长，根据原料的不同通常在20-30分钟左右，严重影响了原料的分析质量，造成实验原料的浪费，如图3所示。

发明内容

本发明针对现有技术中裂解炉温度控制系统的上述缺陷，提供了一种能够克服上述缺陷的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。

一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统，该控制系统包括温度采集模块和二自由度内模控制器，其中：

所述温度采集模块用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给所述二自由度内模控制器；

所述二自由度内模控制器用于根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。

本发明还提供一种用于控制裂解炉的反应温度的控制方法，该方法包括：

采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给二自由度内模控制器；

所述二自由度内模控制器根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。

由于本发明采用了在设定值跟踪性和扰动抑制性方面具有良好性能的二自由度内模控制器，所以根据本发明的控制系统和控制方法能够实现对裂解炉温度设定值的良好跟踪并抑制扰动，能够缩短温度上升时间和稳定时间，缩短实验时间。

附图说明

图1是现有蒸汽裂解反应装置的示意结构图；

图2是采用现有技术的PID控制器对裂解炉升温阶段时的炉温进行控制的控制效果图；

图3是采用现有技术的PID控制器对裂解炉保温阶段时的炉温进行控制的控制效果图；

图4根据本发明的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统的框图；

图5是根据本发明的二自由度内模控制器的结构图；

图6是根据本发明的裂解炉温度传递函数的仿真结果与实际测量结果的比较图；

图7是根据本发明的二自由度内模控制器与常规的PID控制器的控制效果比较图；

图8是裂解炉升温阶段时根据本发明的二自由度内模控制器的控制效果图；

图9是裂解炉保温阶段时根据本发明的二自由度内模控制器的控制效果图；

图10是根据本发明的用于控制裂解炉的反应温度的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述根据本发明的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。