裂解炉裂解深度控制的应用

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1、裂解炉裂解深度控制的应用钱利明，王哲(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)摘要:目前乙烯装置追求高附加值产率等最佳效益，然而由于乙烯裂解原料来源较复杂、各种油品变化较为频繁，仅实现裂解炉平均出口温度定值控制是不能充分实现乙烯裂解装置的最佳效益的，因此开发深度串级控制是各乙烯装置的目标。介绍了通过一种基于裂解深度神经网络预测模型的Smith预估控制方案建立的裂解深度软测量模型，以及该裂解深度软测量模型与APC控制相集成的方法，以实现对裂解炉裂解深度的平稳控制。关键词:裂解炉深度控制稳定维护目前各大乙烯生产装置均大力

2、开发各种裂解炉的先进控制系统。主要目的在于稳定裂解炉的炉管出口温度(COT)，利用计算机的前馈等功能，来避免人为调整所造成的波动过大。本文所论述的裂解炉深度控制系统建立的基础是APC炉管出口温度高级控制，而后在此基础上做出一个上层的裂解炉深度控制器。1．2影响裂解深度的工艺因素裂解的目标是获得尽可能多的目的产物，为此必须合理地控制影响裂解深度的因素。工艺因素主要有以下几个:1)裂解炉炉管出口温度;2)横跨温度;3)停留时间;4)烃分压、稀释蒸汽和稀释比;5)炉管出口压力;6)急冷锅炉出口温度。在以乙烯为主要目标的裂解反应中，其反

3、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。11．1裂解深度的物理意义及其影响因素裂解深度的物理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，可以方便地获得乙烯对丙烯的收率比。液体原料裂解产物收率与反应进程的关系见图1。裂解深度控制策略与实施裂解深度控制策略乙烯收率取决于原料进料的芳烃指数和裂解22．1深度，对于特定的原料，其芳烃指数是一定的。这样，乙烯的收率就直接取决于裂解深度。在一

4、定的范围内，乙烯收率随着裂解深度的增加而增收稿日期:2013－01－11。作者简介:钱利明，男，2009年毕业于华东理工大学化学工程与工艺专业，现从事乙烯装置裂解生产管理工作，助理工程师。图1液体原料裂解产物收率与反应进程的关系从图1可看出:随着裂解反应的进行，乙烯收率逐步增加，而丙烯收率增长稍慢，到最高点后下降。·58·乙烯工业第25卷加。而丙烯、丁二烯的收率却随之下降。另一方面，裂解深度过高后，乙烯收率不但不增加，反而会下降。因此，应将裂解深度控制在工艺要求的最佳值附近，以获得理想的乙烯收率。目前，实际应用中多以丙烯/乙烯比

5、值来代表裂解炉的深度控制值。裂解深度的控制主要通过控制炉管平均出口温度(COT)来实现。COT对乙烯收率的影响非常可观。目前国内已经实施的裂解深度控制方案，控制原理见图2［1］。度值，然后再选取合适的控制方案。在线裂解深度值主要通过裂解气在线成分分析仪测定、计算。通过笔者所在装置的色谱分析数据实际情况看，主要存在以下缺点:1)色谱数据分析延迟，基本1个样品点需要约8min的分析时长，这样对于实时指导生产意义不大。2)色谱由于冷却系统或者较多故障情况会出现非正常状况的波峰或者波谷，给分析判断带来不便。通过上面分析可知，直接利用在线

6、分析仪的值无法实现对裂解深度的有效控制，需要根据各种有效参数，结合色谱分析数据来建立计算机模拟控制的方案。为此，该生产装置与国内某高校联合研发了一种裂解炉深度实时控制系统。该方案的原理如图3所示［1］。通过分析油品特性、裂解炉负荷、汽烃比、炉管平均出口温度等主要参数与裂解深度因子(丙烯/乙烯收率比)之间的关系，运用神经网络技术建立裂解深度预测模型，从而根据裂解炉的运行状况预测当前的裂解深度，并利用在线分析仪输出对裂解深度预测模型的输出进行校正并作为裂解深度控制器的测量输出值(PV)，从而然后通过深度控制器自动设定COT控制器的设

7、定值(SP)，从而达到稳定裂解深度的目标。图2裂解深度控制原理从图2可看出:裂解深度控制是把在线的裂解深度值与设定的目标值比较，得出深度因子，利用适当的控制模块来对裂解炉炉管出口温度进行控制，进而实现裂解深度控制。深度控制的关键在于首先得出在线的裂解深图3基于预测模型的裂解深度Smith预估控制方案跟踪设定值变化;外环为裂解深度控制，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和裂解深度(丙烯/乙烯收率比)［2］。在实际操作中，为软件增加了无效波的过滤功能，减少软件的

8、误判可能性。2．2裂解深度控制的实施裂解深度控制DCS功能模块如图4所示［2］。该深度控制系统以投料总量、原料类型(密度)、裂解COT、汽烃比等几个参数为辅助变量。深度控制方案采用双闭环控制系统。内环为COT控制，用来稳定裂解炉操作，使裂解炉COT第25卷钱利明