乙烯裂解炉是乙烯装置的龙头和耗能大户，其操作好坏对装置能耗及后序单元的运行起着关键作用。本项目利用极点配置技术及仿人智能控制技术，开发出炉管温度高级控制系统、炉管支路出口温度平衡控制系统及总进料流量提降量控制系统，设计了先控与常规控制的安全切换逻辑，大大增强了裂解炉的抗干扰能力，提高了乙烯、丙烯收率，减少了炉管结焦，延长了炉子的运行周期，减轻了操作员劳动强度，实现了提高效益，节能降耗的目标。

1.项目背景
石油化工是重要的原材料工业,是国民经济的基础工业。乙烯，被称为“石化工业之母”，常常作为衡量一个国家和地区石油化工生产水平的标志。乙烯过程通常由于容量大，设计复杂，能耗高以及操作条件经常变化等因素，成为先进控制应用的主要对象之一。本项目充分利用先进控制（APC）技术与现代DCS的优势, 开发并实施了乙烯裂解炉温度高级控制系统，充分发挥了现有生产装置的运行潜力，实现了增产、节能、降耗的目标。
2．乙烯裂解的工艺特点和控制要求
兰州石化46万吨/年乙烯装置裂解炉采用KBR和ExxonMobil共同开发的SC-1型管式裂解炉。裂解炉区包括 5台SCORE SC-1型裂解炉，每台裂解炉的乙烯设计能力为16.25吨/小时，五台SC-1裂解炉中有三台(101B，102B，103B）的设计结构适用于裂解混合石脑油和/或加氢尾油，为液相裂解炉。其它的两台裂解（104B，105B）用来裂解混合石脑油、LPG 和（或）乙烷/丙烷，是气液相混合裂解炉。每台裂解炉有8组进料,这些物料由流量控制，每组有28根辐射管，共有224根辐射管。SC-1裂解炉型全部采用底部火嘴，给炉管出口温度平衡控制带来一定的困难。乙烯装置裂解炉控制要求一般包括：在安全生产的基础上，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，实现提高“双烯”收率、降低能耗的目的。
3．项目原理
本项目利用极点配置及仿人智能控制技术，通过裂解炉平均出口温度先进控制和各组炉管温度均衡先进控制，提高乙烯裂解炉操作平稳性和双烯收率，降低炉管结焦速度和局部结焦的可能性，减少操作人员的劳动强度,实现提高效益、节能降耗的目标。
4 .项目实现
乙烯裂解炉温度高级控制系统是在DCS平台之上实施的，采用先进控制上位机方式实现，以浙江中控开发的ESP -iSYS-A先进控制平台软件作为乙烯裂解炉先进控制的二次开发平台，设计开发了先进控制软件。
APC控制器主要运行在上位机上，其输出的操作变量为DCS上调节回路的设定值。这里存在一个先控运行模式和常规运行模式之间的切换问题。本项目在DCS中建点并实现了一系列安全程序，主要包括先进控制系统的通讯监控、先进控制与常规控制的无扰动切换、先进控制系统的赋值保护和先进控制系统的异常波动处理程序。从而实现了先控模式与常规控制模式之间的无扰动切换，确保了安全生产。
根据APC系统的设计要求，在DCS中实现了先进控制操作界面，主要以表格形式集中给出先进控制系统的相关信息，便于操作人员调整先进控制系统各种参数，对乙烯裂解炉运行状况的各种数据进行查阅和操作。
5．项目应用
本项目开发的乙烯裂解炉温度高级控制系统于2010年10月10日在中国石油兰州石化公司正式投入运行。由于采用了先进控制,炉出口温度对目标值变化的响应快速,只需几分钟。正常情况下,平均COT温度波动幅度由投用前的±5 ℃左右下降到±1 ℃,大干扰来时,由原来的±10℃下降到±3℃以内。管间温差由原来的6℃左右下降到2℃以内。温度的波动小了，超高温现象减少，最大设定出口温度可以提高3—5℃，实现了卡边控制。约束控制使炉子的平均进料量也得以提高。温度的平稳控制使裂解炉的燃料用量减少，热效率提高。经乙烯车间核算，系统投运后生产每吨乙烯能耗下降5.6kg标油，每千克标油折合4元人民币，每年470kt乙烯产量，则仅能耗下降一项经济效益为1052.8万元/年。值得一提的是本控制系统没有使用燃料气热值在线分析仪表，也无需建立燃料气热值软测量系统。而目前国内外其它裂解炉先进控制系统为保证控制精度，COT温度控制都是建立在燃料气热值测量系统基础之上的。这将增大项目设备投入与设备运行维护成本。
6. 项目意义
本项目针对中国石油兰州石化分公司46万吨/年乙烯裂解炉装置，在原有EMERSON公司DeltaVTM DCS系统的基础上，开发了乙烯裂解炉温度高级控制系统，并成功投运。通过标定和统计考核对比，项目不仅达到了预期的目标，而且应用效果比较显著。
总之，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性，改善工业生产过程动态性能，减少关键变量的操作波动幅度，使其更接近于优化目标值，从而将工业生产过程推向更接近装置约束边界条件下运行，最终达到增强工业生产过程的稳定性和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目标产品的收率，提高生产装置的处理能力，降低生产过程运行成本以及减少环境污染等目的。由于操作平稳，保证了生产的安全，减轻了操作强度，节约了劳动力，提高了乙烯生产过程的整体生产技术水平。因此，先进控制是流程工业企业节能降耗和减排的有力武器。

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