裂解炉裂解深度控制的应用.docx

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 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 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 8 min 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 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 卷钱利明等． 裂解炉裂解深度控制的应用· 59 ·图 4裂解深度控制 DCS 功能模块3深度控制对裂解炉参数的影响产量是不稳定的， 不利于定量生产从图 6 可看出: 在投用深度控制器后， COT 会 在工艺设定 的 一 个控制值范围内有较大的波动， 但是此时深度变化幅度基本在 0． 01 左 右此 时 可以说明乙 烯、 丙 烯的产量基本保持在一个较为 平稳的状态， COT 的调整较为频繁3． 1深度与 COT 的关系比对在 APC 控制中， 裂解炉的控制参数中 COT 是 一个基本不 变 的 参 数， 燃料气及各组进料以及对 应稀释蒸汽是变量图 5、 图 6 为裂解炉 BA － 106 投用深度控制器前后的实际运行数据对比( 工况: 原料为加氢裂化 尾 油 ( HVGO) ， 投 料 量 为 23 t / h， 稀释比 0． 65) 。

3． 2投用前后乙烯、 丙烯收率波动对比 BA － 106 投 用 裂 解 深 度控制前后乙烯、 丙 烯收率变化见图 7 和图 8图 5 BA － 106 投用深度控制前 COT 及深度变化图 7 BA － 106 投用深度控制前乙烯、 丙烯收率变化图 6 BA － 106 投用深度控制后 COT 及深度变化图 8 BA － 106 投用深度控制后乙烯、 丙烯收率变化从图 5 可看出: 在裂解炉使用 APC 温度控制时， COT 基本 在某个设定值之间波动但 当 进 料 量、 密度等信息发生变化时， 由于 COT 是一个固定 值， 故它所反应出来的丙 / 乙 比 变 化 的 幅 度 较 大， 偏离度可以达到 0． 02 ～ 0． 03， 此时可以说乙烯的 从图 7 和图 8 可看出: 在 BA － 106 炉投用深 度控制器前后， 主要影响了乙烯、 丙烯收率的波动 幅度由于分析的分析频率是固定的， 故 在 未投用深度控制器时， 乙烯、 丙烯收率波动幅度较· 60 ·乙 烯 工 业第 25 卷大， 并且稳定性不佳因为此时在 APC 温 度 控 制模式下， 温度变化率仅在一定范围内波动， 当物料 性质发生变化， 比如原料的密度变化时， 乙烯和丙 烯的收率会出现较大的波动， 并 且 较 为 频 繁。

而 投用深度控制器后， 整条曲线平滑度较好， 未出现 过较大的波动， 说明这样的控制有利于对乙烯、 丙 烯产量的调控4深度控制对不同原料下乙烯、 丙烯收率的影响投用裂解 炉 深 度 控 制， 主 要 是 利 用 深 度 因 子来合理控制好乙烯、 丙烯的产品分布， 从而达到优化各种类型原料， 取得最佳裂解深度的目的以裂解 HVGO 为例 ( 投料量 23 t / h) ， 深 度 控 制投用前后乙烯、 丙烯及双烯收率的变化见图 9 ～ 图 11图 9深度控制投用前后乙烯收率变化图 10深度控制投用前后丙烯收率变化图 11深度控制投用前后双烯收率变化从图 9 ～ 图 11 可看到: 在投用深度控制器后， 乙烯、 丙烯及 双 烯 收率均较投用前有较明显的提 升深度的一个变量， 但为防止出现意外情况， COT 控制设有一个 ± 3 ℃ 的限定范围所以当原料性质 或者投料量 发 生 一 定 程 度 的 变 化 后， COT 会 运 行 在设定值的高限或低限， 此时需要进行下列调整 深度控制在投用过程中， 当 炉 管 出 口 平 均 温 度的设定值 一 直 处在深度控制设定的上限值时，5深度控制常见故障分析解决虽然深度控制器投用后， 温 度 是 相 对 于 裂 解第 25 卷钱利明等． 裂解炉裂解深度控制的应用· 61 ·为使深度控制器发挥作用， 可以适当将 COT 的设 定上限值适当调高; 如果为使 COT 的设定值上下 限保持不变， 可以调高裂解深度的设定值; 当炉管 出口平均温度的设定值一直处在深度控制设定的 下限值， 处理情况相反。

如果实际生产需要将裂解深度设 定 值 提 高， 可以适当将 COT 的上下限相应调低; 如果调整幅 度不大， 则不必调整; 如果实际生产需要将裂解深 度设定值降低， 处理情况相反在裂解炉深度控制器投用后， 需 要 及 时 做 好 对应的 DCS 报警组态， 以便及时监控 深 度 控 制 系 统的运行情况案建立裂解 深 度 软 测 量 模 型， 并以此为基础实现 裂解深度定值控制， 在 DCS 中实施了 基 于 裂 解 深 度神经网络软测量模型的智能控制系统软测量 模型输出值通过校正后作为分析仪的分析值 输入深度控 制 器， 通过深度控制器与已成功实施 的裂解炉炉 管 出 口温度先进控制系统集成， 实 现 裂解深度的平稳控制该控制在试验裂解炉上已 取得较好的应用， 投用后的裂解深度以及乙烯、 丙 烯的收率平 稳 度 均得到明显改善， 基 于 此 深 度 控 制实现了合理有效的乙烯、 丙烯产量的分布参考文献:［ 1］ 曲卫方． 乙烯裂解气色谱仪应用解析［J］． 化工 自动化与仪表， 2009， 36( 2) : 88 － 91．6结语本文结合装置实际生产状况， 利 用 一 种 基 于 裂解深度神经网络预测模型 的 Smith 预 估 控 制 方［2］杨金成， 胡春． 裂解深度神经网络控制系统研究［J］．石油化工自动化， 2005， ( 4) : 24 － 27．檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼( 上接第 46 页)长装置运行 周 期， 可以减少开停车造成的物料损 失， 也能够节约一笔较大的检修费用开支。

但 从 装置运行至 末 期 与检修后开车的效果对比看， 长 期运行后装置能量消耗较大， 运行成本相对上升 同时长期运行后， 设备问题不断暴露出来， 需要在 运行中进行处理， 安全性也难以保障因此， 装置 连续运行时间的确定， 要结合装置技术路线、 原料 情况、 设备质 量、 公用工程等实际情况而定， 合 理 的运行周期， 一般在 3 ～ 4 年6． 4处理效果通过上 述 处 理， 装 置 自 2012 年 检 修 开 车 以来， 运行稳定， 产品质量合格7结语吉化乙烯装置自建成以来首次实现 4 年 1 修的目标在 4 年运行期间， 通过实施技术改造、 优化运行等措 施， 装置运行水平不断得到提升。