乙烯裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)范文

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《自動(dòng)化博覽雜志》2014年第十二期

1裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

本節(jié)以F0201裂解爐A側(cè)為例，介紹GK-6型裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和功能。

1.1裂解爐COT原控制系統(tǒng)方案吉林石化乙烯廠自2004年6月至2005年10月先后對(duì)6臺(tái)老裂解爐進(jìn)行改造，改造后的COT控制系統(tǒng)如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，原設(shè)計(jì)的COT控制系統(tǒng)是根據(jù)燃料氣的熱通量來(lái)分別控制底部和側(cè)壁的燃料氣壓力，由于底部和側(cè)壁沒(méi)有單獨(dú)的燃料氣流量表，所以該控制系統(tǒng)一直無(wú)法投用。圖2中是由4個(gè)手操器HIC02001~HIC02004分別控制側(cè)壁的4個(gè)燃料氣調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)單組爐管的溫度均衡，該系統(tǒng)需要操作人員的頻繁調(diào)整，增加了工作強(qiáng)度，運(yùn)行效果很不理想。

1.2裂解爐COT先進(jìn)控制系統(tǒng)方案為了克服原COT控制系統(tǒng)無(wú)法投用的缺點(diǎn)，首先分析影響裂解溫度的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)了裂解爐COT控制方案；同時(shí)分析燃料氣壓力、進(jìn)料流量和DS流量變化對(duì)各組爐管溫度的影響，設(shè)計(jì)了各組爐管溫度均衡控制方案，減小各組爐管的溫度偏差。裂解爐COT控制系統(tǒng)方案如圖3所示。COT先進(jìn)控制系統(tǒng)的每個(gè)輻射段都采用2個(gè)COT控制器，其中一個(gè)控制器通過(guò)底部燃料氣壓力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定COT，另一個(gè)COT控制器通過(guò)調(diào)整側(cè)壁燃料氣壓力，同步穩(wěn)定COT，以保證底部和側(cè)壁熱負(fù)荷的穩(wěn)定。兩個(gè)COT的控制算法都采用了PIDFF（帶前饋的PID），前饋參數(shù)取燃料氣的熱值，當(dāng)燃料氣的熱值變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整燃料氣壓力的SP值，減少熱值變化帶來(lái)的COT大幅波動(dòng)。

TICA0307為COT控制器1，與底部燃料氣壓力PICA0310構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)回路，正常控制狀態(tài)為AUTO，PICA0310投用串級(jí)（CAS）；TC0307B為COT控制器2，與側(cè)壁燃料氣壓力PIC0310A構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)回路，器SP和PV分別取TICA0307的SP和PV，正常投用狀態(tài)為CAS。裂解爐爐管溫度均衡控制系統(tǒng)的方案如圖4所示。裂解爐正常運(yùn)行時(shí)，要求輻射段各組爐管出口溫度之間的差值不得超過(guò)某個(gè)上限值，即要求4組爐管的出口溫度保持平衡。該控制系統(tǒng)以4組爐管的平均溫度為基礎(chǔ)，對(duì)每組爐管對(duì)應(yīng)的底部燃料氣壓力調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行再分配，使每組爐管出口溫度與平均爐管出口溫度之差最小，圖4中主要功能模塊包括：TDC0211：第一組爐管溫度偏差控制器，該控制器的PV值是該組爐管溫度與COT溫度的偏差（PV＝該組爐管溫度－COT溫度），當(dāng)PV值為0時(shí)，表示該組爐管溫度與COT溫度相同，輸出與對(duì)應(yīng)的側(cè)壁燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥HIC02001關(guān)聯(lián)，該控制器設(shè)定值由操作人員給定，若該組爐管需要低控時(shí)，則設(shè)定值（SP）小于0；TDC0212：第二組爐管溫度偏差控制器，輸出與底部燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥HIC02002關(guān)聯(lián)；TDC0213：第二組爐管溫度偏差控制器，輸出與底部燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥HIC02003關(guān)聯(lián)；TDC0214：第二組爐管溫度偏差控制器，輸出與底部燃料氣壓力調(diào)節(jié)閥HIC02004關(guān)聯(lián)。TDC0211～TDC0214設(shè)定值為0，表示控制目標(biāo)是各組爐管溫度趨于一致，實(shí)現(xiàn)溫度均衡。

2裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

裂解爐COT先進(jìn)控制系統(tǒng)完全在DCS上實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可操作性和運(yùn)行的安全性；開(kāi)發(fā)了一鍵投用和切除先進(jìn)控制系統(tǒng)的功能，修改了DCS流程圖畫面，系統(tǒng)投用切除過(guò)程非常方便。

2.1COT先進(jìn)控制系統(tǒng)DCS組態(tài)

裂解爐COT系統(tǒng)DCS組態(tài)由41個(gè)功能模塊構(gòu)成：過(guò)程值計(jì)算與處理模塊（REGULATORYPVPOINT）17個(gè)，開(kāi)關(guān)模塊（FLAGPOINT）2個(gè)，控制模塊（REGULATORYCONTROLPOINT）點(diǎn)18個(gè)，邏輯模塊（LOGICPOINT）4個(gè)。

2.2COT先進(jìn)控制系統(tǒng)一鍵投用和切除邏輯

為了方便先進(jìn)控制系統(tǒng)投用和切除，開(kāi)發(fā)了一鍵投用和切除邏輯，功能圖如圖5和圖6所示。圖5為先進(jìn)控制系統(tǒng)的投用邏輯，各組底部燃料氣控制器為CAS時(shí)或切除時(shí)，溫度控制器控制狀態(tài)切換。圖6為先進(jìn)控制系統(tǒng)的切除邏輯：通過(guò)先控開(kāi)關(guān)HS0201APC投用或切除先控邏輯，投用時(shí)，置各組底部燃料氣控制器為CAS；切除時(shí)，判斷底部燃料氣控制器是否為CAS，當(dāng)為CAS時(shí)，切為AUTO，否則保持原來(lái)狀態(tài)（AUTO或CAS)。

2.3COT先進(jìn)控制系統(tǒng)流程圖

根據(jù)裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的功能需求，改進(jìn)了DCS流程圖，原有的和改進(jìn)的DCS流程圖如圖7和圖8所示。圖8集成了裂解爐COT先進(jìn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，操作人員可以在該流程圖上投用和切除先進(jìn)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整操作。

2.4先進(jìn)控制系統(tǒng)投用與切除

2.4.1先進(jìn)控制系統(tǒng)投用條件（1）所有爐管的溫度熱電偶測(cè)量穩(wěn)定，COT較平穩(wěn)；（2）底部燃料氣壓力和側(cè)壁燃料氣壓力穩(wěn)定；（3）側(cè)壁燃料氣調(diào)節(jié)閥HIC02001~HIC02004具有調(diào)控各組爐管出口溫度的能力，即調(diào)劑閥開(kāi)度變化對(duì)爐管溫度具有影響，且調(diào)節(jié)閥具有調(diào)節(jié)裕量；（4）各組爐管COT溫度較為平穩(wěn)。

2.4.2先進(jìn)控制系統(tǒng)的投用步驟（1）調(diào)出裂解爐溫度控制操作畫面，點(diǎn)擊APC投用按鈕（先控沒(méi)有投用時(shí)，按鈕顯示“APCOFF”狀態(tài)），在屏幕下端點(diǎn)擊“PV”，用操作鍵盤上的“增加”或“減小”鍵，選中“APCON”，點(diǎn)擊Enter確認(rèn)；（2）把COT溫度控制器設(shè)定值（SP）設(shè)為原料裂解所需的裂解溫度，如果目標(biāo)溫度與當(dāng)前實(shí)際溫度偏差超過(guò)5℃，則需要逐步設(shè)定，每次變化幅度不要大于3℃；（3）正常情況下，調(diào)整溫度均衡控制器設(shè)定值為0；如果某組爐管溫度需要“低控”或“高控”時(shí)，則把對(duì)應(yīng)溫度進(jìn)行對(duì)應(yīng)的設(shè)定，例如如果裂解爐需要控制的COT溫度為830℃，某組爐管需要低控6溫度，則該組爐管溫度偏差設(shè)定為-6℃，剩余各組爐管溫度偏差設(shè)定為+2℃。

2.4.3先進(jìn)控制系統(tǒng)的切除步驟調(diào)出裂解爐溫度控制操作畫面，點(diǎn)擊APC投用按鈕（先控投用時(shí)，按鈕顯示“APCON”狀態(tài)），在屏幕下端點(diǎn)擊“PV”，用操作鍵盤上的“增加”或“減小”鍵，選中“APCOFF”，點(diǎn)擊Enter確認(rèn)。

2.4.4先進(jìn)控制系統(tǒng)異常情況切除測(cè)量溫度出現(xiàn)異常，例如由于爐管熱電偶故障導(dǎo)致COT溫度跳變，這時(shí)候需及時(shí)切除燃料氣串級(jí)控制，重新調(diào)整底部和側(cè)壁燃料氣壓力控制器設(shè)定值；COT溫度控制器的設(shè)定值和PV值絕對(duì)偏差超過(guò)10℃，這時(shí)候?qū)⒊霈F(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警，操作人員需首先切除COT先進(jìn)控制，檢查異常原因；若底部或側(cè)壁燃料氣壓力測(cè)量出現(xiàn)異常，必須及時(shí)切出先進(jìn)控制系統(tǒng)。

3裂解爐COT先進(jìn)控制系統(tǒng)效果分析

吉林石化GK-6型裂解爐（F0101~F0601）的先進(jìn)控制系統(tǒng)自2012年8月開(kāi)始陸續(xù)投用，取得了非常顯著的效果。本節(jié)以2#爐A側(cè)為例，給出COT和單組爐管溫度的運(yùn)行效果，如圖9、圖10、圖11所示。由圖9可以看出，先進(jìn)控制系統(tǒng)投用后，COT的波動(dòng)范圍由±7℃降低到±2℃以內(nèi)，效果非常顯著。由圖10和圖11可以看出，先進(jìn)控制系統(tǒng)投用期間，F(xiàn)0201A側(cè)的COT控制器TICA0207的波動(dòng)范圍在±1.5℃以內(nèi)；單組爐管溫度的波動(dòng)范圍在±2℃以內(nèi)。表1給出了先進(jìn)控制系統(tǒng)投用前后單位進(jìn)料燃料氣消耗的變化情況。由表1可以看出，先進(jìn)控制系統(tǒng)投用后，在進(jìn)料量和COT變化不大的情況下，單位進(jìn)料燃料氣的消耗降低了12.36Nm3/h，降低了5.12%。由圖9~11和表1可以看出，裂解爐COT先進(jìn)控制系統(tǒng)投用后，極大地穩(wěn)定了COT的波動(dòng)，降低了燃料氣的消耗。同時(shí)，在一定的程度上可以延長(zhǎng)裂解爐的運(yùn)行周期，降低操作人員的工作強(qiáng)度。

4結(jié)語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)了裂解爐COT和單組爐管溫度均衡先進(jìn)控制系統(tǒng)，完全在DCS上實(shí)時(shí)，設(shè)計(jì)了安全、可靠的運(yùn)行機(jī)制和方便的投用/切除邏輯，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。該系統(tǒng)已經(jīng)在吉林石化乙烯廠6臺(tái)GK-6型裂解爐上實(shí)時(shí)，提高了裝置的處理能力，降低了燃料消耗，延長(zhǎng)了裂解爐運(yùn)行周期，減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所以，本文開(kāi)發(fā)的裂解爐先進(jìn)控制系統(tǒng)是乙烯生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作、安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的有效手段，該系統(tǒng)可以推廣到各類乙烯裂解爐。

作者：朱彥興于春梅王志鵬許兆權(quán)單位：中國(guó)石油吉林石化公司乙烯廠