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乙烯裂解爐是乙烯裝置的龍頭和耗能大戶，其操作好壞對裝置能耗及后序單元的運行起著關(guān)鍵作用。本項目利用極點配置技術(shù)及仿人智能控制技術(shù)，開發(fā)出爐管溫度高級控制系統(tǒng)、爐管支路出口溫度平衡控制系統(tǒng)及總進料流量提降量控制系統(tǒng)，設(shè)計了先控與常規(guī)控制的安全切換邏輯，大大增強了裂解爐的抗干擾能力，提高了乙烯、丙烯收率，減少了爐管結(jié)焦，延長了爐子的運行周期，減輕了操作員勞動強度，實現(xiàn)了提高效益，節(jié)能降耗的目標。

1.項目背景
石油化工是重要的原材料工業(yè),是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。乙烯，被稱為“石化工業(yè)之母”，常常作為衡量一個國家和地區(qū)石油化工生產(chǎn)水平的標志。乙烯過程通常由于容量大，設(shè)計復雜，能耗高以及操作條件經(jīng)常變化等因素，成為先進控制應用的主要對象之一。本項目充分利用先進控制（APC）技術(shù)與現(xiàn)代DCS的優(yōu)勢, 開發(fā)并實施了乙烯裂解爐溫度高級控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運行潛力，實現(xiàn)了增產(chǎn)、節(jié)能、降耗的目標。
2．乙烯裂解的工藝特點和控制要求
蘭州石化46萬噸/年乙烯裝置裂解爐采用KBR和ExxonMobil共同開發(fā)的SC-1型管式裂解爐。裂解爐區(qū)包括 5臺SCORE SC-1型裂解爐，每臺裂解爐的乙烯設(shè)計能力為16.25噸/小時，五臺SC-1裂解爐中有三臺(101B，102B，103B）的設(shè)計結(jié)構(gòu)適用于裂解混合石腦油和/或加氫尾油，為液相裂解爐。其它的兩臺裂解（104B，105B）用來裂解混合石腦油、LPG 和（或）乙烷/丙烷，是氣液相混合裂解爐。每臺裂解爐有8組進料,這些物料由流量控制，每組有28根輻射管，共有224根輻射管。SC-1裂解爐型全部采用底部火嘴，給爐管出口溫度平衡控制帶來一定的困難。乙烯裝置裂解爐控制要求一般包括：在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定裂解爐的COT溫度和總進料流量，同時實現(xiàn)各組爐管間溫度的均衡控制，實現(xiàn)提高“雙烯”收率、降低能耗的目的。
3．項目原理
本項目利用極點配置及仿人智能控制技術(shù)，通過裂解爐平均出口溫度先進控制和各組爐管溫度均衡先進控制，提高乙烯裂解爐操作平穩(wěn)性和雙烯收率，降低爐管結(jié)焦速度和局部結(jié)焦的可能性，減少操作人員的勞動強度,實現(xiàn)提高效益、節(jié)能降耗的目標。
4 .項目實現(xiàn)
乙烯裂解爐溫度高級控制系統(tǒng)是在DCS平臺之上實施的，采用先進控制上位機方式實現(xiàn)，以浙江中控開發(fā)的ESP -iSYS-A先進控制平臺軟件作為乙烯裂解爐先進控制的二次開發(fā)平臺，設(shè)計開發(fā)了先進控制軟件。
APC控制器主要運行在上位機上，其輸出的操作變量為DCS上調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值。這里存在一個先控運行模式和常規(guī)運行模式之間的切換問題。本項目在DCS中建點并實現(xiàn)了一系列安全程序，主要包括先進控制系統(tǒng)的通訊監(jiān)控、先進控制與常規(guī)控制的無擾動切換、先進控制系統(tǒng)的賦值保護和先進控制系統(tǒng)的異常波動處理程序。從而實現(xiàn)了先控模式與常規(guī)控制模式之間的無擾動切換，確保了安全生產(chǎn)。
根據(jù)APC系統(tǒng)的設(shè)計要求，在DCS中實現(xiàn)了先進控制操作界面，主要以表格形式集中給出先進控制系統(tǒng)的相關(guān)信息，便于操作人員調(diào)整先進控制系統(tǒng)各種參數(shù)，對乙烯裂解爐運行狀況的各種數(shù)據(jù)進行查閱和操作。
5．項目應用
本項目開發(fā)的乙烯裂解爐溫度高級控制系統(tǒng)于2010年10月10日在中國石油蘭州石化公司正式投入運行。由于采用了先進控制,爐出口溫度對目標值變化的響應快速,只需幾分鐘。正常情況下,平均COT溫度波動幅度由投用前的±5 ℃左右下降到±1 ℃,大干擾來時,由原來的±10℃下降到±3℃以內(nèi)。管間溫差由原來的6℃左右下降到2℃以內(nèi)。溫度的波動小了，超高溫現(xiàn)象減少，最大設(shè)定出口溫度可以提高3—5℃，實現(xiàn)了卡邊控制。約束控制使爐子的平均進料量也得以提高。溫度的平穩(wěn)控制使裂解爐的燃料用量減少，熱效率提高。經(jīng)乙烯車間核算，系統(tǒng)投運后生產(chǎn)每噸乙烯能耗下降5.6kg標油，每千克標油折合4元人民幣，每年470kt乙烯產(chǎn)量，則僅能耗下降一項經(jīng)濟效益為1052.8萬元/年。值得一提的是本控制系統(tǒng)沒有使用燃料氣熱值在線分析儀表，也無需建立燃料氣熱值軟測量系統(tǒng)。而目前國內(nèi)外其它裂解爐先進控制系統(tǒng)為保證控制精度，COT溫度控制都是建立在燃料氣熱值測量系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的。這將增大項目設(shè)備投入與設(shè)備運行維護成本。
6. 項目意義
本項目針對中國石油蘭州石化分公司46萬噸/年乙烯裂解爐裝置，在原有EMERSON公司DeltaVTM DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了乙烯裂解爐溫度高級控制系統(tǒng)，并成功投運。通過標定和統(tǒng)計考核對比，項目不僅達到了預期的目標，而且應用效果比較顯著。
總之，通過實施先進控制，可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)過程操作和控制的穩(wěn)定性，改善工業(yè)生產(chǎn)過程動態(tài)性能，減少關(guān)鍵變量的操作波動幅度，使其更接近于優(yōu)化目標值，從而將工業(yè)生產(chǎn)過程推向更接近裝置約束邊界條件下運行，最終達到增強工業(yè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性，保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性，提高目標產(chǎn)品的收率，提高生產(chǎn)裝置的處理能力，降低生產(chǎn)過程運行成本以及減少環(huán)境污染等目的。由于操作平穩(wěn)，保證了生產(chǎn)的安全，減輕了操作強度，節(jié)約了勞動力，提高了乙烯生產(chǎn)過程的整體生產(chǎn)技術(shù)水平。因此，先進控制是流程工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗和減排的有力武器。

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