石油、化工等流程工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，具有流程復(fù)雜、高溫、高壓、易燃、易爆、高危的特點(diǎn)，規(guī)模、能耗巨大。百萬噸級(jí)烯烴更是代表石化行業(yè)技術(shù)壁壘最高的裝置之一，其先進(jìn)控制的成功實(shí)踐，代表著流程工業(yè)智能制造技術(shù)和模式發(fā)展的頂級(jí)水平。

通過核心主控裝備和軟件系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)乙烯、丙烯等石化生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和精細(xì)化管理，助力單元技術(shù)和集成創(chuàng)新技術(shù)的突破，完成烯烴聯(lián)合裝置從原料到產(chǎn)品，從生產(chǎn)控制到經(jīng)營(yíng)決策等多層次、多視角、全方面的智能化管控，幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)降本、節(jié)能減排等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

? 裂解裝置簡(jiǎn)介

裂解反應(yīng)主要過程是烴和蒸汽混合物在裂解爐中進(jìn)行高溫?zé)崃呀?/span>，形成富含乙烯和其他烯烴氣體的混合物，同時(shí)副產(chǎn)粗裂解汽油和燃料油。

其他副產(chǎn)品包括丙烯和混合C4、氫氣（用于裝置內(nèi)的加氫反應(yīng)）和甲烷（用作燃料氣）。裝置內(nèi)部生產(chǎn)的乙烷和丙烷，回到氣體原料裂解爐裂解再循環(huán)利用，以增加乙烯產(chǎn)率。

裂解反應(yīng)需要的熱量主要由裂解爐底部燒嘴燃燒產(chǎn)生的輻射熱提供，燃料主要有冷箱分離出的甲烷、氫氣、液化石油氣（LPG）和天然氣。燒嘴全部采用自然通風(fēng)的低氮氧化物型底部燒嘴，燃燒所需的氧氣通過環(huán)境空氣提供。每個(gè)燒嘴配置1臺(tái)空氣預(yù)熱器，用裝置多余的急冷水做熱源，加熱燃燒空氣，提高燃料的燃燒效率，節(jié)省能耗。

裂解裝置APC設(shè)計(jì)方案

乙烯裂解有3個(gè)關(guān)鍵變量，分別是停留時(shí)間、烴分壓、反應(yīng)溫度，這些變量在工業(yè)裂解爐上對(duì)應(yīng)4個(gè)主要操作參數(shù)：原料進(jìn)料流量、稀釋蒸汽流量、爐管出口壓力、爐管出口溫度（COT）。烴類原料裂解生成乙烯和丙烯的反應(yīng)平衡，主要取決于反應(yīng)的溫度和時(shí)間，尤其取決于最高的反應(yīng)溫度或COT。

丙乙烯轉(zhuǎn)化率是衡量裂解深度的主要指標(biāo)，原料的產(chǎn)品分布與反應(yīng)的劇烈程度有關(guān)。根據(jù)裂解原料的種類選取某種關(guān)鍵組分,并用它的轉(zhuǎn)化率衡量整個(gè)原料的轉(zhuǎn)化率，裂解深度越高，乙烯收率會(huì)越高,而丙乙烯比則會(huì)降低，甲烷和氫氣的收率也會(huì)提高。

因此，可以通過調(diào)整裂解深度，在一定程度內(nèi)可以調(diào)整各個(gè)主要裂解產(chǎn)品的收率分配比。另外，烴分壓也是影響反應(yīng)平衡的重要因素，分壓髙的烴組分不利于生成乙烯產(chǎn)品，降低蒸汽比例或增大爐管出口壓力會(huì)減小特定原料的乙烯收率，產(chǎn)品的產(chǎn)率分布主要通過控制COT實(shí)現(xiàn)。

1、 COT穩(wěn)定與支路平衡優(yōu)化控制

COT是裂解爐的關(guān)鍵指標(biāo)之一,選擇合適的裂解深度，兼顧較高的雙烯收率和較長(zhǎng)的裂解爐運(yùn)行周期。由于裂解爐內(nèi)部溫度場(chǎng)分布和爐管間熱效率的差異，各支路COT總存在偏差,常規(guī)控制是通過調(diào)整各支路的進(jìn)料流量，COT與燃燒氣流量串級(jí)控制，COT作為主回路,燃料氣作為副回路，從而實(shí)現(xiàn)COT的一致性。

APC控制器把支路進(jìn)料流量、稀釋蒸汽流量、爐膛壓力作為主控變量和干擾變量，把COT、各支路溫度偏差、稀釋比、流量偏差、爐膛出口組分分析作為被控變量，在保證總進(jìn)料量不變的前提下，根據(jù)各組爐管COT調(diào)整各組爐管流量；各支路COT根據(jù)裂解爐管的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，該補(bǔ)償量用于修正由于爐管流量差異導(dǎo)致的停留時(shí)間變化而引起的裂解深度偏差。

2 、裂解爐處理量穩(wěn)定與自動(dòng)提降控制

裂解爐的生產(chǎn)負(fù)荷有多種控制需求，如穩(wěn)定在某個(gè)固定量，根據(jù)指令調(diào)整負(fù)荷，或在滿足工藝條件下最大化處理等。

APC控制器的操作策略是滿足某個(gè)固定量，操作人員設(shè)定裂解爐的總處理量后，控制器會(huì)根據(jù)各支爐管COT的分布情況，合理地分配各支爐管所調(diào)整的負(fù)荷，同時(shí)為了保證COT的穩(wěn)定性，燃料氣和用氧量自動(dòng)匹配，以同時(shí)滿足COT穩(wěn)定和裂解爐處理量調(diào)整的要求。

3、 加氫反應(yīng)器控制

加氫反應(yīng)過程是乙烯生產(chǎn)流程中非常重要的環(huán)節(jié)，由于加氫反應(yīng)非常靈敏，可變操作手段較少，常規(guī)PID控制實(shí)現(xiàn)精確操作比較困難。APC控制器把反應(yīng)器入口溫度、入口各組分摩爾分?jǐn)?shù)作為主控變量和干擾變量，把反應(yīng)器出口溫度、出口組分分析作為被控變量,在保證出料乙烯產(chǎn)品中乙烴摩爾分?jǐn)?shù)不超標(biāo)的前提下，使得反應(yīng)平穩(wěn)，乙烯損失最少，催化床層運(yùn)行周期長(zhǎng)。

考慮到出口乙烴摩爾分?jǐn)?shù)直接反映了出口氣體產(chǎn)品質(zhì)量，而活性和選擇性最能表征反應(yīng)平穩(wěn)程度，直接選擇出口乙烴摩爾分?jǐn)?shù)、催化劑活性和選擇性作為控制變量。

裂解裝置APC方案實(shí)施

根據(jù)乙烯裝置的實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，主要采用多變量模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了適合乙烯裝置的控制器。乙烯裝置先進(jìn)控制的主要任務(wù)是抑制外部擾動(dòng)，合理動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各操作變量，平穩(wěn)各塔及各關(guān)鍵工藝指標(biāo)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低裝置能耗。

從總體上看，實(shí)施乙烯裝置生產(chǎn)過程APC后，提高了乙烯裝置的自動(dòng)化水平,提高了裝置抗干擾能力和關(guān)鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

通過基于國(guó)產(chǎn)DCS的乙烯裂解裝置APC設(shè)計(jì),提高了裝置運(yùn)行平穩(wěn)性和雙烯收率，降低了單位產(chǎn)品能耗，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)裝置操作的標(biāo)準(zhǔn)化，減少了人為操作誤差，大幅地降低了操作人員的工作負(fù)荷，保證了裂解裝置的平穩(wěn)安全運(yùn)行。