石化裂解炉深度先进控制技术应用

石化裂解炉深度先进控制技术应用

孟凡勇

大庆石化公司化工一厂   黑龙江省大庆市163714

摘要：先进控制技术是在控制理论发展、计算机性能不断提高的前提下，为了满足工业要求而涌现的高级控制方法。目前国外大型石化企业中生产装置应用先进控制和优化技术已经相当普及。由于我国推广先进控制起步较晚，而乙烯装置是整个石化企业的关键装置，对它控制的好坏，直接影响到整个企业的效益。因而，研究先进控制技术在乙烯装置中的应用具有很大意义，并能带来可观的经济效益。

关键词：石化；裂解炉；先进控制；技术应用

引言

在乙烯生产过程中，裂解炉是乙烯厂龙头装置的关键设备，对乙烯生产能力、装置平稳生产和能耗具有举足轻重的作用。我们在DCS这个平台上利用神经网络建模等智能控制技术对裂解炉裂解深度实施先进控制，可以使装置在平稳运行条件下，得到更佳的经济效益。

裂解深度先进控制技术利用软测量和智能控制技术对裂解炉实施裂解深度控制。该技术可以稳定控制裂解炉裂解深度，提高乙烯和丙烯收率，取得预期效果，能带来良好经济效益。

一、裂解炉生产工艺简介

以裂解炉作为研究对象，研究裂解炉裂解深度先进控制技术。下面对乙烯裂解工艺流程进行论述。烃类原料进入裂解炉后，先在预热段经过初步预热后，与稀释蒸汽混合，再进一步预热并且完全汽化，使其温度升高至稍低于裂解反应的温度，然后进入裂解炉的高温区——辐射段的反应管，在反应管内的烃类原料迅速升温，同时发生产生乙烯、丙烯、丁二烯、甲烷、乙烷等联产品的裂解反应。裂解反应是在辐射段中进行，它为吸热反应，因此在此部分需要供给大量的热量。裂解炉的对流段，设有预热烃类原料、锅炉给水、过热稀释蒸汽等一系列的加热器，以满足工艺的需要和回收热量。

二、裂解深度的意义

裂解深度就是指裂解反应进行的程度。在裂解液体原料时，因为原料中基本不含乙烯和丙烯，故分析裂解产物中主要产品乙烯和丙烯的量，可以方便的获得乙烯对丙烯的收率比。

裂解的目标是获得尽可能多的目的产物，为此必须合理的控制影响裂解深度的因素。工艺因素主要有以下几个：裂解炉出口温度，横跨温度，停留时间，烃分压、稀释蒸汽和稀释比，炉出口压力，急冷锅炉出口温度。乙烯为主要目标的裂解反应，其反应条件应该满足高温、短停留时间、低烃分压的要求，且在裂解生产过程中，必须保证裂解温度、汽/烃比和生产负荷的稳定。

三、裂解深度控制策略

裂解深度控制方案采用二个回路实现裂解炉的裂解深度控制。其一是裂解深度估算和控制回路，该回路首先根据一些工艺参数的测量值和裂解原料烃特性，来在线估算裂解深度值（裂解炉出口甲烷/丙烯的质量比），然后通过裂解深度控制器给定炉管平均出口温度（COT）的设定值，再利用炉管平均出口温度控制器控制反馈温度跟踪设定值，从而实现裂解深度控制。裂解深度控制器的设定值（SP值）可以手动输入，也可以来自优化级；其二是裂解深度校正回路，该回路根据在线分析仪的分析结果，来计算出裂解深度，然后利用它对模型估计的值进行校正。

裂解深度控制系统是一个双闭环控制策略，内环为COT控制，Gc2为COT温度控制器，用来稳定裂解炉操作，使裂解炉COT跟踪设定值变化，外环为裂解深度控制，Gc2为裂解深度控制器，在炉况变化或裂解油品属性变化时，用来控制裂解炉裂解深度的稳定和跟踪性能，控制对象为裂解炉，控制指标为COT温度和裂解深度（丙乙比）。

四、应用效果

裂解深度控制系统自在裂解炉上投用以来，很好的控制效果，稳定了该裂解炉的裂解深度。为裂解深度控制系统投用前后，裂解深度和COT变化曲线。从中可以看出，裂解深度投用前，COT是定值控制，保持稳定，但是裂解深度却出现波动，裂解深度控制系统投用后，裂解深度保持稳定，投用后，有一次对裂解深度的设定值的调整，裂解深度很快稳定在新的设定值附近。

裂解深度控制系统投用后，裂解深度和COT变化曲线。从图中可以看出，裂解深度控制系统可以把裂解炉裂解深度（丙乙比）控制在设定值附近，裂解炉的COT温度会由于炉况或原料属性变化进行及时调整。

五、总结

裂解深度控制系统是裂解炉先进控制系统的重要组成部分，其研发与应用对于提高裂解炉的稳定性和运行效益具有显著的作用。结合石化乙烯装置的6台裂解炉和不同的进料类型，开发了裂解深度在线预测模型，进而开发了裂解深度软测量在线校正技术；针对裂解气分析仪运行特点，开发了裂解气分析仪的在线监控系统，实时对分析仪的运行状态进行监控，提高了裂解深度控制系统的安全性；在上述技术开发的基础上，结合DCS的高级应用功能，在线开发了裂解深度控制系统。系统投用后，优化了裂解炉操作条件，稳定了裂解深度，在一定程度上克服了因为油品属性波动造成的裂解深度波动，提高了系统的运行效益，裂解深度控制系统投用后，裂解炉的“双烯”收率平均提高0.18%。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家监督检验检疫总局.工业炉砌筑工程施工及验收规范：GB 50211—2014[S].2014.

[2]國家技术监督局，中华人民共和国建设部.工业炉砌筑工程质量检验评定标准：GB 50309—2013[S].2013.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.耐火制品堆放、取样、验收、保管和运输规程：GB/T 10325—2012[S].2012.

[4]中华人民共和国工业和信息化部.粘土质和高铝质致密耐火浇注料：YB/T 5083—2014[S].2014.

[5]国家质量监督局.通用耐火制品形状尺寸：GB 2992—2013[S].2013.

[6]国家质量监督局.耐火砖的分型和定义：GB 10324—1998[S].1998.

[7]中华人民共和国国家发展和改革委员会.石油化工乙烯装置裂解炉施工技术规程：SH/T 3511—2007[S].2007.

[8]中华人民共和国工业和信息化部.化学工业炉耐火纤维炉衬设计规定：HG/T 20642—2011[S].2011.

作者简介：孟凡勇，男，1982年1月10日 汉族 黑龙江省大庆市在大庆石化公司化工一厂裂解车间从事主操岗位工作 联系地址：大庆石化公司化工一厂裂解车间 邮编：163714