張紹華

引言：先進(jìn)控制技術(shù)是在控制理論發(fā)展、計算機(jī)性能不斷提高的前提下，為了滿足工業(yè)要求而涌現(xiàn)的高級控制方法。目前國外大型石化企業(yè)中生產(chǎn)裝置應(yīng)用先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普及。由于我國推廣先進(jìn)控制起步較晚，而乙烯裝置是整個石化企業(yè)的關(guān)鍵裝置，對它控制的好壞，直接影響到整個企業(yè)的效益。因而，研究先進(jìn)控制技術(shù)在乙烯裝置中的應(yīng)用具有很大意義，并能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

在乙烯生產(chǎn)過程中，裂解爐是乙烯廠龍頭裝置的關(guān)鍵設(shè)備，對乙烯生產(chǎn)能力、裝置平穩(wěn)生產(chǎn)和能耗具有舉足輕重的作用。我們在DCS這個平臺上利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模等智能控制技術(shù)對裂解爐裂解深度實施先進(jìn)控制，可以使裝置在平穩(wěn)運行條件下，得到更佳的經(jīng)濟(jì)效益。

裂解深度先進(jìn)控制技術(shù)利用軟測量和智能控制技術(shù)對裂解爐實施裂解深度控制。該技術(shù)可以穩(wěn)定控制裂解爐裂解深度，提高乙烯和丙烯收率，取得預(yù)期效果，能帶來良好經(jīng)濟(jì)效益。

一、裂解爐生產(chǎn)工藝簡介

以裂解爐作為研究對象，研究裂解爐裂解深度先進(jìn)控制技術(shù)。下面對乙烯裂解工藝流程進(jìn)行論述。

烴類原料進(jìn)入裂解爐后，先在預(yù)熱段經(jīng)過初步預(yù)熱后，與稀釋蒸汽混合，再進(jìn)一步預(yù)熱并且完全汽化，使其溫度升高至稍低于裂解反應(yīng)的溫度，然后進(jìn)入裂解爐的高溫區(qū)——輻射段的反應(yīng)管，在反應(yīng)管內(nèi)的烴類原料迅速升溫，同時發(fā)生產(chǎn)生乙烯、丙烯、丁二烯、甲烷、乙烷等聯(lián)產(chǎn)品的裂解反應(yīng)。裂解反應(yīng)是在輻射段中進(jìn)行，它為吸熱反應(yīng)，因此在此部分需要供給大量的熱量。裂解爐的對流段，設(shè)有預(yù)熱烴類原料、鍋爐給水、過熱稀釋蒸汽等一系列的加熱器，以滿足工藝的需要和回收熱量。

二、裂解深度的意義

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，因為原料中基本不含乙烯和丙烯，故分析裂解產(chǎn)物中主要產(chǎn)品乙烯和丙烯的量，可以方便的獲得乙烯對丙烯的收率比。

裂解的目標(biāo)是獲得盡可能多的目的產(chǎn)物，為此必須合理的控制影響裂解深度的因素。工藝因素主要有以下幾個：裂解爐出口溫度，橫跨溫度，停留時間，烴分壓、稀釋蒸汽和稀釋比，爐出口壓力，急冷鍋爐出口溫度。乙烯為主要目標(biāo)的裂解反應(yīng)，其反應(yīng)條件應(yīng)該滿足高溫、短停留時間、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。

三、裂解深度控制策略

裂解深度控制方案采用二個回路實現(xiàn)裂解爐的裂解深度控制。其一是裂解深度估算和控制回路，該回路首先根據(jù)一些工藝參數(shù)的測量值和裂解原料烴特性，來在線估算裂解深度值（裂解爐出口甲烷/丙烯的質(zhì)量比），然后通過裂解深度控制器給定爐管平均出口溫度（COT）的設(shè)定值，再利用爐管平均出口溫度控制器控制反饋溫度跟蹤設(shè)定值，從而實現(xiàn)裂解深度控制。裂解深度控制器的設(shè)定值（SP值）可以手動輸入，也可以來自優(yōu)化級；其二是裂解深度校正回路，該回路根據(jù)在線分析儀的分析結(jié)果，來計算出裂解深度，然后利用它對模型估計的值進(jìn)行校正。

裂解深度控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)控制策略，內(nèi)環(huán)為COT控制，Gc2為COT溫度控制器，用來穩(wěn)定裂解爐操作，使裂解爐COT跟蹤設(shè)定值變化，外環(huán)為裂解深度控制，Gc2為裂解深度控制器，在爐況變化或裂解油品屬性變化時，用來控制裂解爐裂解深度的穩(wěn)定和跟蹤性能，控制對象為裂解爐，控制指標(biāo)為COT溫度和裂解深度（丙乙比）。

四、應(yīng)用效果

裂解深度控制系統(tǒng)自2012年12月在裂解爐上投用以來，很好的控制效果，穩(wěn)定了該裂解爐的裂解深度。圖1為裂解深度控制系統(tǒng)投用前后，裂解深度和COT變化曲線。從圖中可以看出，裂解深度投用前，COT是定值控制，保持穩(wěn)定，但是裂解深度卻出現(xiàn)波動，裂解深度控制系統(tǒng)投用后，裂解深度保持穩(wěn)定，投用后，有一次對裂解深度的設(shè)定值的調(diào)整，裂解深度很快穩(wěn)定在新的設(shè)定值附近。

圖1 裂解深度控制投用前后曲線圖

圖2 裂解深度控制曲線圖

圖2為裂解深度控制系統(tǒng)投用后，裂解深度和COT變化曲線。從圖中可以看出，裂解深度控制系統(tǒng)可以把裂解爐裂解深度（丙乙比）控制在設(shè)定值附近，裂解爐的COT溫度會由于爐況或原料屬性變化進(jìn)行及時調(diào)整。

五、總結(jié)

裂解深度控制系統(tǒng)是裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其研發(fā)與應(yīng)用對于提高裂解爐的穩(wěn)定性和運行效益具有顯著的作用。結(jié)合天津石化乙烯裝置的6臺裂解爐和不同的進(jìn)料類型，開發(fā)了裂解深度在線預(yù)測模型，進(jìn)而開發(fā)了裂解深度軟測量在線校正技術(shù)；針對裂解氣分析儀運行特點，開發(fā)了裂解氣分析儀的在線監(jiān)控系統(tǒng)，實時對分析儀的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提高了裂解深度控制系統(tǒng)的安全性；在上述技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)上，結(jié)合DCS的高級應(yīng)用功能，在線開發(fā)了裂解深度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)投用后，優(yōu)化了裂解爐操作條件，穩(wěn)定了裂解深度，在一定程度上克服了因為油品屬性波動造成的裂解深度波動，提高了系統(tǒng)的運行效益，裂解深度控制系統(tǒng)投用后，裂解爐的“雙烯”收率平均提高0.18%。

（作者單位：中石化股份天津分公司）