[实用新型]一种乙烯裂解炉全运行周期裂解深度控制系统

说明书

本实用新型公开一种乙烯裂解炉全运行周期裂解深度控制系统，包括：全周期裂解深度预测模型、在线校正模块、滤波处理模块、自由基反应模型&结焦模型、操作参数预估与控制器智能集中管理模块、裂解深度控制器、进料流量控制器、汽烃比控制器、COT控制器、带有热值前馈功能的燃料气控制器、裂解炉，其中全周期裂解深度预测模型根据裂解炉实际工况产生的预测结果经过在线校正和滤波处理之后传递给操作参数预估与控制器智能集中管理模块；操作参数预估与控制器智能集中管理模块根据预测结果和实际工况同时为裂解深度控制器、进料流量控制器和气烃比控制器提供设定值；裂解深度控制器、进料流量控制器和气烃比控制器协同控制裂解深度。

技术领域

本实用新型涉及化学工程和自动化控制领域，具体而言，涉及一种乙烯裂解炉全运行周期裂解深度控制系统，

背景技术

乙烯是一种十分重要的化工原料，乙烯的产量、单套装置的规模和技术水平是衡量一个国家石化工业发展水平的重要标志。目前，烃类的蒸汽热裂解仍是生产乙烯的最主要方法，而乙烯裂解炉作为整个裂解装置的龙头，其操作的平稳性不仅影响乙烯装置的产量和产品质量，还会对下游生产装置的运行产生影响。因此，有效控制乙烯裂解炉的生产运行对整个裂解装置的长期稳定操作起到至关重要的作用。

乙烯收率是裂解炉最重要的操作指标，它主要取决于原料在裂解炉中的裂解深度。裂解深度有两种表示方法：(1)对于液体原料，例如石脑油和加氢尾油，裂解深度可以采用丙烯和乙烯的收率比值或者甲烷和丙烯的收率比值来表示；(2) 对于气体原料，例如液化石油气和乙烷，裂解深度可以采用关键组分的转化率来表示。在实际应用中，为了获得一定的乙烯收率，必须将裂解深度控制在适当的范围之内。影响裂解深度的最主要因素是反应温度，反应温度越高，裂解深度越大，因此，大部分乙烯裂解炉均采用盘管出口温度(CoilOutlet Temperature，COT)来表征和控制裂解深度。

乙烯裂解炉通常采用图1所示的方案来控制COT出口温度：COT控制器实时比较COT测量值与设定值之间的关系，并根据比较结果来调整燃料气的流量，从而达到控制COT的目的。这种控制方案不具备裂解深度自动控制功能，操作人员无法直接给定裂解深度的设定值，而是通过设定目标COT值，从而间接控制裂解深度。这种控制方案的最大优点是简单易控，没有复杂的多重控制回路，因此在早期的裂解炉系统中得到广泛应用。它的缺点也显而易见：(1)这种控制方案并不能直接控制裂解深度，如果裂解炉的操作条件发生变化，例如原料性质发生改变或者裂解炉处于清焦末期，但是COT仍然保持在原值附近，那么裂解深度就会发生变化，影响整个装置的产品收率；(2)操作人员可以根据裂解气组分在线分析值以及操作经验来手动改变COT的设定值，从而达到动态调整裂解深度的目的，但是这种操作方法具有很大的滞后性和随机性，不利于裂解炉的稳定运行。

为了能够直接并且准确地控制裂解深度，可以采用图2所示的具有双重控制回路的COT控制方案。在该方案中，增加了一个裂解深度控制器，操作人员可以直接给定P/E(丙烯与乙烯的收率比值)的设定值，或者直接给定乙烯收率的设定值。裂解深度控制器与COT控制器形成串级控制，由裂解深度控制器动态给定COT控制器的设定值，从而令COT控制器可以动态调整裂解炉的COT，达到稳定控制裂解深度的目的。裂解气中各个主要产品的收率由裂解气组分在线分析仪表测量得到，并返回至裂解深度控制器作为对比测量值使用。这种控制方案虽然可以直接控制裂解深度，但是仍然存在很多问题：(1)在线分析仪表通常需要几分钟甚至几十分钟才能分析完一个样品，在此期间，裂解深度控制器无法得到实时有效的在线测量值，这很容易造成整个裂解炉系统运行不稳定；(2)这种控制方案严重依赖在线分析仪表，如果分析仪表发生故障，整个控制方案就会失效，此时必须立即停用裂解深度控制器，回到直接控制COT的模式，有时甚至会造成裂解炉紧急停车。