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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(duì)裝置能耗及后序單元的運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。本項(xiàng)目利用極點(diǎn)配置技術(shù)及仿人智能控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)出爐管溫度高級(jí)控制系統(tǒng)、爐管支路出口溫度平衡控制系統(tǒng)及總進(jìn)料流量提降量控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了先控與常規(guī)控制的安全切換邏輯，大大增強(qiáng)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(zhǎng)了爐子的運(yùn)行周期，減輕了操作員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了提高效益，節(jié)能降耗的目標(biāo)。

1.項(xiàng)目背景
石油化工是重要的原材料工業(yè),是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(gè)國(guó)家和地區(qū)石油化工生產(chǎn)水平的標(biāo)志。乙烯過(guò)程通常由于容量大，設(shè)計(jì)復(fù)雜，能耗高以及操作條件經(jīng)常變化等因素，成為先進(jìn)控制應(yīng)用的主要對(duì)象之一。本項(xiàng)目充分利用先進(jìn)控制（APC）技術(shù)與現(xiàn)代DCS的優(yōu)勢(shì), 開(kāi)發(fā)并實(shí)施了乙烯裂解爐溫度高級(jí)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運(yùn)行潛力，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)、節(jié)能、降耗的目標(biāo)。
2．乙烯裂解的工藝特點(diǎn)和控制要求
蘭州石化46萬(wàn)噸/年乙烯裝置裂解爐采用KBR和ExxonMobil共同開(kāi)發(fā)的SC-1型管式裂解爐。裂解爐區(qū)包括 5臺(tái)SCORE SC-1型裂解爐，每臺(tái)裂解爐的乙烯設(shè)計(jì)能力為16.25噸/小時(shí)，五臺(tái)SC-1裂解爐中有三臺(tái)(101B，102B，103B）的設(shè)計(jì)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(tái)裂解（104B，105B）用來(lái)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(tái)裂解爐有8組進(jìn)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(lái)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(jìn)料流量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各組爐管間溫度的均衡控制，實(shí)現(xiàn)提高“雙烯”收率、降低能耗的目的。
3．項(xiàng)目原理
本項(xiàng)目利用極點(diǎn)配置及仿人智能控制技術(shù)，通過(guò)裂解爐平均出口溫度先進(jìn)控制和各組爐管溫度均衡先進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)提高效益、節(jié)能降耗的目標(biāo)。
4 .項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)
乙烯裂解爐溫度高級(jí)控制系統(tǒng)是在DCS平臺(tái)之上實(shí)施的，采用先進(jìn)控制上位機(jī)方式實(shí)現(xiàn)，以浙江中控開(kāi)發(fā)的ESP -iSYS-A先進(jìn)控制平臺(tái)軟件作為乙烯裂解爐先進(jìn)控制的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了先進(jìn)控制軟件。
APC控制器主要運(yùn)行在上位機(jī)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(gè)先控運(yùn)行模式和常規(guī)運(yùn)行模式之間的切換問(wèn)題。本項(xiàng)目在DCS中建點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)了一系列安全程序，主要包括先進(jìn)控制系統(tǒng)的通訊監(jiān)控、先進(jìn)控制與常規(guī)控制的無(wú)擾動(dòng)切換、先進(jìn)控制系統(tǒng)的賦值保護(hù)和先進(jìn)控制系統(tǒng)的異常波動(dòng)處理程序。從而實(shí)現(xiàn)了先控模式與常規(guī)控制模式之間的無(wú)擾動(dòng)切換，確保了安全生產(chǎn)。
根據(jù)APC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在DCS中實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)控制操作界面，主要以表格形式集中給出先進(jìn)控制系統(tǒng)的相關(guān)信息，便于操作人員調(diào)整先進(jìn)控制系統(tǒng)各種參數(shù)，對(duì)乙烯裂解爐運(yùn)行狀況的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱和操作。
5．項(xiàng)目應(yīng)用
本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的乙烯裂解爐溫度高級(jí)控制系統(tǒng)于2010年10月10日在中國(guó)石油蘭州石化公司正式投入運(yùn)行。由于采用了先進(jìn)控制,爐出口溫度對(duì)目標(biāo)值變化的響應(yīng)快速,只需幾分鐘。正常情況下,平均COT溫度波動(dòng)幅度由投用前的±5 ℃左右下降到±1 ℃,大干擾來(lái)時(shí),由原來(lái)的±10℃下降到±3℃以內(nèi)。管間溫差由原來(lái)的6℃左右下降到2℃以內(nèi)。溫度的波動(dòng)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(shí)現(xiàn)了卡邊控制。約束控制使?fàn)t子的平均進(jìn)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(yùn)后生產(chǎn)每噸乙烯能耗下降5.6kg標(biāo)油，每千克標(biāo)油折合4元人民幣，每年470kt乙烯產(chǎn)量，則僅能耗下降一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益為1052.8萬(wàn)元/年。值得一提的是本控制系統(tǒng)沒(méi)有使用燃料氣熱值在線分析儀表，也無(wú)需建立燃料氣熱值軟測(cè)量系統(tǒng)。而目前國(guó)內(nèi)外其它裂解爐先進(jìn)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(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的。這將增大項(xiàng)目設(shè)備投入與設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本。
6. 項(xiàng)目意義
本項(xiàng)目針對(duì)中國(guó)石油蘭州石化分公司46萬(wàn)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(kāi)發(fā)了乙烯裂解爐溫度高級(jí)控制系統(tǒng)，并成功投運(yùn)。通過(guò)標(biāo)定和統(tǒng)計(jì)考核對(duì)比，項(xiàng)目不僅達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，而且應(yīng)用效果比較顯著。
總之，通過(guò)實(shí)施先進(jìn)控制，可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作和控制的穩(wěn)定性，改善工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)性能，減少關(guān)鍵變量的操作波動(dòng)幅度，使其更接近于優(yōu)化目標(biāo)值，從而將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程推向更接近裝置約束邊界條件下運(yùn)行，最終達(dá)到增強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(biāo)產(chǎn)品的收率，提高生產(chǎn)裝置的處理能力，降低生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)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(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了乙烯生產(chǎn)過(guò)程的整體生產(chǎn)技術(shù)水平。因此，先進(jìn)控制是流程工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗和減排的有力武器。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎(jiǎng)
獲第十屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)