[发明专利]乙烯裂解炉的节能优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及乙烯装置控制方法，特别涉及一种乙烯裂解炉的节能优化控制方法。

背景技术

乙烯裂解炉是乙烯装置的核心设备，不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳工艺操作条件，对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解气出口温度、进料量与油汽比，需要裂解深度模型对原料进行评价，以确定最佳的工艺操作条件。

裂解炉是乙烯生产装置的龙头和关键设备，其能耗占装置总能耗的50％～60％，降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。据测算，对裂解炉采取先进技术所获取的经济效益占整个乙烯装置的40％左右，国外企业已有成功应用的经验，并针对裂解深度模型开发出商用软件。对于特定的裂解原料和乙烯裂解工艺，乙烯提高1％的收率则装置能耗相应降低1％。而当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。北京化工大学等开展了裂解炉全周期建模及参数优化。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的需建立严格的机理模型。在裂解炉运行过程中，受原料组分、燃料气压力、热值负荷变化、设备老化等因素影响，裂解炉的运行周期缩短，烧焦频繁，辐射段炉管多次出现断裂、堵塞等情况，严重影响了生产的正常运行。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种对裂解炉的操作、控制和维护进行了优化和改进的乙烯裂解炉的节能优化控制方法。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

一种乙烯裂解炉的节能优化控制方法，包括以下步骤：

(1)建立裂解深度模型：

收集裂解炉装置中试和/或工业生产中裂解原料性质、裂解停留时间、裂解气出口温度、油汽比、裂解气压力、裂解气组分的数据，用机理分析与数据驱动建模相结合的方法建立裂解深度模型；

(2)建立炉管结焦速率模型：

通过中试与工业试验数据建立炉管每24小时温度上升速率与裂解炉操作指标的关系，得出结焦速率模型Y₃＝F(X₃)；

其中：Y₃为各裂解通道的结焦速率；

X₃为气液相裂解原料的组分、油汽比、裂解停留时间、裂解炉出口温度和裂解气压力；

(3)建立乙烯装置能耗模型：

乙烯能耗计算模型由裂解炉、压缩机与后分离系统能耗计算模块组成，根据燃料与能量平衡，依次收集并计算燃料气用量、各压缩机吸入压力、蒸汽消耗与后分离系统能耗，然后燃料气、蒸汽效能经折算后汇总相加，计算出全装置总能耗，根据行业标准与工艺分析对能耗进行折算，建立最终的能耗计算表达式；

(4)建立乙烯裂解炉控制系统：

a、设计裂解炉管平均COT(Coil Outlet Temperature，裂解炉出口温度)温度控制系统

平均COT温度计算公式为：其中：F_i为i支路流量，T_i为i支路出口温度，i＝1，...，n；

b、设计裂解炉各组炉管出口温度平衡控制系统

将各组出口温度作为被控变量(CVs)，各组进料流量调节器设定值作为操纵变量(MVs)，使被调对象构成了一个n输入n输出的系统；控制系统在满足的条件下，根据其温差大小，在保证总进料量不变的情况下，适当地调整各组炉管流量的设定值，使各组炉管出口温差最小；其中ΔF_i为第i组流量的变化量，n为每台裂解炉的裂解通道总数；

c、设计总进料及总进料流量提/降量控制系统

裂解炉进料流量提/降量控制系统是在原料加工量需改变时，根据当前操作状况平均分配各组裂解炉管的流量补偿值，然后计算总加工量改变时所需热负荷的补偿值，热负荷补偿值换算为相应的燃料气压力值，各炉管流量和燃料气压力值获得后，设定相应的DCS(集散控制系统)位号控制量，实现裂解炉进料流量提/降量控制。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：