COT温度先进控制在乙烯裂解炉中的应用

COT温度先进控制在乙烯裂解炉中的应用
谢磊员鑫
（中国石油兰州石化公司电仪事业部）
摘要以某年产24万吨乙烯产能恢复项目新建3台裂解炉为研究对象，基于裂解炉的工艺流程，设计并实施HQF-L!型裂解炉COT温度先进控制方案°
关键词COT先进控制乙烯裂解炉复杂控制
中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000-3932（2021）02-0193-04
按照中国石油关于塔里木和长庆油田乙烷、液化气和轻烃资源利用方案的要求，在产能不变的前提下，对某乙烯装置进行恢复性改造,将原有的6台年产2万吨乙烯KBR毫秒炉更换为3台年产4万吨的轻质裂解炉，裂解原料采用长庆天然气轻烃回收厂分离出的液化石油气。

裂解炉是乙烯装置的关键设备，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$随着节能降耗任务的日趋紧迫，相关企业近年来积极开展裂解炉节能降耗的攻关，采取了一系列措施，效果明显[1]$稳定裂解炉的COT温度和总进料流量，同时实现各组炉管间温度的均衡控制,采取先进控制技术，优化裂解炉操作，能够很好地提高乙烯和丙烯收率，使乙烯装置生产能耗明显下降$因此，充分利用DCS与计算机的优势，运用现代控制技术，有针对性地开发APC先进控制和优化系统，对充分发挥现有生产装置的运行潜力，有效实现增产、节能、降耗的目标具有十分重要的意义，也是实现内涵发展的必由之路[2]$
1裂解炉工艺简介
中国寰球工程有限公司的HQF-L!型裂解炉的结构主要分为对流段和辐射段两部分$裂解炉为单辐射室，全部采用底部烧嘴，辐射炉管为两程，炉管内壁设有中国寰球工程有限公司的专利产品强化传热元件，提高传热效率和选择性，降低结焦倾向，延长清焦周期，辐射段炉管强度计算按照API530进行，炉管的设计寿命为100000h$裂解炉对流段由上至下，各盘管依次为原料预热I段、省煤器、原料预热！段、DS过热段、高压蒸汽过热I段、高压蒸汽过热！段和HC+DS 段。

在原料预热单元预热后的气相轻烃（LPG（进入裂解炉对流段的原料预热I段和！段预热，经过两段原料预热后的LPG，再与过热后的稀释蒸汽混合进入HC+DS段$在辐射段炉管反应后出来的裂解气首先进入裂解气急冷换热器，与来自汽包的锅炉给水换热迅速冷却并副产高压蒸汽，再在裂解气第二急冷换热器经高压锅炉给水冷却到235#后进入急冷单元$经对流段省煤器预热后的锅炉给水进到裂解气第二急冷换热器进一步预热，预热后进入汽包，汽包与裂解气急冷换热器形成热虹吸系统，产生的高压蒸汽经汽包分液后进入对流段高压蒸汽过热I段，过热后的蒸汽经减温器降温后再进入高压蒸汽过热！段，由减温器控制高压蒸汽的最终出口温度。

2乙烯裂解炉先进控制
2.1裂解炉COT控制方案
以F110裂解炉为例，介绍先进控制方案的设计与实施$裂解炉炉膛辐射段出口有PASS1A、PASS3A两部分，其出口共有48个COT测量点，通过控制裂解炉炉管的进料和进裂解炉燃料气的流量，实现COT温度稳定控制的目的$裂解炉采用立管式双面辐射，每台裂解炉有两组进料通道PASS1A和PASS3A，每组24根炉管，共计48
作者简介:谢磊（1978-），工程师，从事石化装置仪表的管理工作，***********************.cn
根炉管,每根炉管出口安装一支K型贴壁式双支热电偶，通过计算PASS1A和PASS3A通道上的平均温度来进行COT温度的实际控制"COT平均温度T的计算公式为：
24
!T"
T=M24T
式中T"——第"根炉管的温度,!%
裂解炉炉管平均COT是裂解炉最关键的被控变量,通过COT温度先进控制器,增强控制回路的抗扰动能力,缩短对其设定值变化的动态响应过程，并提高控制精度&3'%COT温度先进控制系统在辐射段共采用3个COT控制器,根据所选通道，采用不同的控制器进行COT控制％而不同于其他裂解炉先进控制方式的是,又增加了两个不同的模式转换,分别是压力控制模式和流量控制模式,根据实际工况要求,采用不同的COT控制器和控制模式,能有效抑制干扰,最大化地提高系统运行的稳定性％COT控制框图如图1所示％
图1COT控制框图
2.2炉膛盘管出口温度控制
该年产24万吨乙烯项目基于裂解炉进料配置,实现炉膛盘管出口温度控制功能％为了实现对炉膛辐射段出口温度的有效控制,以裂解炉的4组轻烃进料FIC11106、11206（11306（11406作为前馈，给COT控制器输出一个先进补充信号,以提前增大或降低燃烧量%通过在DCS上对选择开关HS-11030A进行相应设置,由操作人员选择不同的控制模式（共3种通道切换模式），裂解炉的两组进料PASS1A和PASS3A对应进料控制会自动根据COT温度控制系统进行调节％
2.2.1复杂控制回路构成说明
每台裂解炉炉膛的COT独立控制，炉膛由PASS1A和PASS3A两部分组成％每部分都有24个温度检测点，根据24个温度测量值求得各自的COT平均温度%
TY11115代表PASS1A的24个测温点的平均值+TY11315代表PASS3A的24个测温点的平均值；TY11327是对TY11115和TY11315两个值进行再次平均计算出的平均值％
PASS1A和PASS3A共48个测温点的平均值为TY11327%TIC11126为PASS1A的COT控制器,其输出作为PASS1A进料流量控制器的设定值；TIC11326为PASS3A的COT控制器，其输出作为PASS3A进料流量控制器的设定值％炉膛辐射段出口的48个炉管出口温度测点的平均值作为TIC11327的测量值,控制器的输出作为炉膛燃料流量的热值控制器的设定值% FHS-11011为炉膛的COT控制模式选择开关,通过选择不同的模式COT将采用不同的控制方式％FIC11106和FIC11306是PASS1A的进料流量控制器,FIC11206和FIC11406是PASS3A 的进料流量控制器%
FIC11011为进炉膛的燃料气流量控制器% PIC11011A为进炉膛的燃料气压力高超驰控制器％PIC11011B为进炉膛的燃料气压力低超驰控制器%PIC11011C为进炉膛的燃料气压力控制器%整个复杂回路有48个温度检测点（4个流量检测点（6台调节阀、13个调节器、5个切换开关和2个高低选择开关%
2.2.2COT先进控制方案的实现
HS-11030A选择位置1%PASS1A被选中,通道一COT控制器TIC11126的输出值作为流量控制器FIC11011的给定值,通过串级控制来调节燃料气流量设定值％而PASS3A的COT控制器TIC11326与流量控制器FIC11306和FIC11406
进行串级控制，调节通道三进料流量的设定值!同时PASS1A的进料流量控制器FIC11106和FIC11206进入自动调节模式。

HS-11030A选择位置2O PASS3A被选中，通道三COT控制器TIC11326的输出值作为流量控制器FIC11011的给定值，通过串级控制调节燃料气流量设定值°而PASS1A的COT控制器TIC11126与流量控制器FIC11106和FIC11206进行串级控制，调节通道一进料流量的设定值，同时PASS3A的进料流量控制器FIC11306和FIC11406进入自动调节模式°
HS-11030A选择位置3°PASS1A和PASS3A 通道都被选中，炉膛平均值COT控制器TIC11327的测量值是通过TIC11126和TIC11326的平均值再次平均，通过流量控制器FIC11011调节燃料气流量°通道一和通道三的进料流量控制器都被打到自动模式°
2.2.3热量控制
根据FHS-11011控制模式选择开关，模式开关置1时，通过HS-11030A选择开关选择TIC11126或TIC11326或TIC11327相对应的温度控制器串级控制FIC11011；模式开关FHS-11011置2时，通过PIC11011A/B/C燃料气压力控制器调节燃料气流量设定值°
PIC11011A是一个燃料气压力高超驰控制器°当燃料气压力比允许的极限值(300kPa)高时，PIC11011A将通过低信号选择器PY-11011A 来控制阀门FV-11011A/B，降低燃料气流量& PIC11011B是一个燃料气压力低超驰控制器&当燃料气压力比允许的极限值(10kPa)低时, PIC11011B将通过高信号选择器PY-11011B来控制阀门FV-11011A/B增加燃料气流量&
FY-11011C和FY-11011D是FHS-11011的分程输出功能块&如图2所示，FY-11011C将输入的25%〜100%转换成0%〜100%的输出值发送给FV-11011A&FY-11011D将输入的0%〜25%转换成0%〜100%的输出值发送给FV-11011B&
图2F110裂解炉燃料气分程控制
3裂解炉COT控制在DCS上的实施
乙烯3台裂解炉DCS主要是利旧原横河CS3000系统的FCS01和FCS02两台控制站改造，为了满足先进控制技术的应用，每台裂解炉配置1台PC机作为操作员站,为乙烯装置裂解炉先进控制系统提供计算运行环境&操作员站与工程师站建立以太网实现通信连接,进行数据传送⑷。

F110裂解炉COT控制的部分逻辑如图3所示。

图3F110裂解炉COT温度控制逻辑框图(部分)
无论裂解炉COT控制采用哪种通道模式，一旦裂解炉触发SD-1联锁(此时裂解炉仅切断进料)，系统程序会自动将控制模式切换到模式3,即HS-11030A选择位置3,COT控制器TIC11126)TIC11326)TIC11327会自动调节DCS 的PID块,使之进入自动控制模式，同时将COT 设定值给定为820#,调节阀将根据偏差值自动进行调节'5(
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4结束语
COT先进控制方案在乙烯裂解炉中实施，结合实际运行情况!选择不同的控制模式!极大地提高了COT的控制效果，提高了控制精度和平稳性,增强了回路的抗干扰能力,从而进一步保证了乙烯和丙烯产品的收率及其合格率，经济效益显著提升,而且节能降耗效果明显,延长了装置的生产周期!实现了低碳&安全&高效生产!为进一步优化控制奠定了良好的基础’
参考文献
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统开发及工业应用[J].自动化博览,2014,(9):104-
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[4]员鑫,刘太山，马吉.基于CS3000利用称重传感器间
接测量粉体流量[J].化工自动化及仪表,2019,46
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(收稿日期:2020-09-02，修回日期:2020-11-07)
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nance behind time may result in the incapability of conventional PID controller.In order to accurately eval­uate the controller performance and then improve it,an intelligent PID parameter optimization method based on comprehensive performance index(comparative tracking index,stability index and accuraty#was proposed in this paper.The subspace model identification method was used to identify the object model, including having it based to calculate control performance indexes and present comprehensive performance grade.When the diagnosis results are poor,the internal model control method can be used to optimize the PID parameters online and then through adjusting the sensitivity function and complementary sensitivity function to improve the robustness and tracking performance of the controller.Finally,it's applied to the controller after confirmed by the operator to improve the control performance.In addition,an evaluation and controller performance evaluation and self-healing(CPES)was developed according to the proposed method. Simulation and industrial application verified both feasibility and effectiveness of the method proposed.
Key words control performance evaluation,model identification,intelligent PID,closed-loop parameter tuning,CPES
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