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《自動化博覽雜志》2014年第十二期

1裂解爐先進控制系統的方案設計和實現

本節以F0201裂解爐A側為例，介紹GK-6型裂解爐先進控制系統的方案設計和功能。

1.1裂解爐COT原控制系統方案吉林石化乙烯廠自2004年6月至2005年10月先后對6臺老裂解爐進行改造，改造后的COT控制系統如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，原設計的COT控制系統是根據燃料氣的熱通量來分別控制底部和側壁的燃料氣壓力，由于底部和側壁沒有單獨的燃料氣流量表，所以該控制系統一直無法投用。圖2中是由4個手操器HIC02001~HIC02004分別控制側壁的4個燃料氣調節閥，以實現單組爐管的溫度均衡，該系統需要操作人員的頻繁調整，增加了工作強度，運行效果很不理想。

1.2裂解爐COT先進控制系統方案為了克服原COT控制系統無法投用的缺點，首先分析影響裂解溫度的關鍵因素，設計了裂解爐COT控制方案；同時分析燃料氣壓力、進料流量和DS流量變化對各組爐管溫度的影響，設計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控制系統方案如圖3所示。COT先進控制系統的每個輻射段都采用2個COT控制器，其中一個控制器通過底部燃料氣壓力的實時調節來穩定COT，另一個COT控制器通過調整側壁燃料氣壓力，同步穩定COT，以保證底部和側壁熱負荷的穩定。兩個COT的控制算法都采用了PIDFF（帶前饋的PID），前饋參數取燃料氣的熱值，當燃料氣的熱值變化時，及時調整燃料氣壓力的SP值，減少熱值變化帶來的COT大幅波動。

TICA0307為COT控制器1，與底部燃料氣壓力PICA0310構成串級調節回路，正常控制狀態為AUTO，PICA0310投用串級（CAS）；TC0307B為COT控制器2，與側壁燃料氣壓力PIC0310A構成串級調節回路，器SP和PV分別取TICA0307的SP和PV，正常投用狀態為CAS。裂解爐爐管溫度均衡控制系統的方案如圖4所示。裂解爐正常運行時，要求輻射段各組爐管出口溫度之間的差值不得超過某個上限值，即要求4組爐管的出口溫度保持平衡。該控制系統以4組爐管的平均溫度為基礎，對每組爐管對應的底部燃料氣壓力調節器的設定點進行再分配，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PV值為0時，表示該組爐管溫度與COT溫度相同，輸出與對應的側壁燃料氣壓力調節閥HIC02001關聯，該控制器設定值由操作人員給定，若該組爐管需要低控時，則設定值（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節閥HIC02002關聯；TDC0213：第二組爐管溫度偏差控制器，輸出與底部燃料氣壓力調節閥HIC02003關聯；TDC0214：第二組爐管溫度偏差控制器，輸出與底部燃料氣壓力調節閥HIC02004關聯。TDC0211～TDC0214設定值為0，表示控制目標是各組爐管溫度趨于一致，實現溫度均衡。

2裂解爐先進控制系統的實現

裂解爐COT先進控制系統完全在DCS上實現，提高了系統的可操作性和運行的安全性；開發了一鍵投用和切除先進控制系統的功能，修改了DCS流程圖畫面，系統投用切除過程非常方便。

2.1COT先進控制系統DCS組態

裂解爐COT系統DCS組態由41個功能模塊構成：過程值計算與處理模塊（REGULATORYPVPOINT）17個，開關模塊（FLAGPOINT）2個，控制模塊（REGULATORYCONTROLPOINT）點18個，邏輯模塊（LOGICPOINT）4個。

2.2COT先進控制系統一鍵投用和切除邏輯

為了方便先進控制系統投用和切除，開發了一鍵投用和切除邏輯，功能圖如圖5和圖6所示。圖5為先進控制系統的投用邏輯，各組底部燃料氣控制器為CAS時或切除時，溫度控制器控制狀態切換。圖6為先進控制系統的切除邏輯：通過先控開關HS0201APC投用或切除先控邏輯，投用時，置各組底部燃料氣控制器為CAS；切除時，判斷底部燃料氣控制器是否為CAS，當為CAS時，切為AUTO，否則保持原來狀態（AUTO或CAS)。

2.3COT先進控制系統流程圖

根據裂解爐先進控制系統的功能需求，改進了DCS流程圖，原有的和改進的DCS流程圖如圖7和圖8所示。圖8集成了裂解爐COT先進控制系統的各項功能，操作人員可以在該流程圖上投用和切除先進控制系統，并進行相應的調整操作。

2.4先進控制系統投用與切除

2.4.1先進控制系統投用條件（1）所有爐管的溫度熱電偶測量穩定，COT較平穩；（2）底部燃料氣壓力和側壁燃料氣壓力穩定；（3）側壁燃料氣調節閥HIC02001~HIC02004具有調控各組爐管出口溫度的能力，即調劑閥開度變化對爐管溫度具有影響，且調節閥具有調節裕量；（4）各組爐管COT溫度較為平穩。

2.4.2先進控制系統的投用步驟（1）調出裂解爐溫度控制操作畫面，點擊APC投用按鈕（先控沒有投用時，按鈕顯示“APCOFF”狀態），在屏幕下端點擊“PV”，用操作鍵盤上的“增加”或“減小”鍵，選中“APCON”，點擊Enter確認；（2）把COT溫度控制器設定值（SP）設為原料裂解所需的裂解溫度，如果目標溫度與當前實際溫度偏差超過5℃，則需要逐步設定，每次變化幅度不要大于3℃；（3）正常情況下，調整溫度均衡控制器設定值為0；如果某組爐管溫度需要“低控”或“高控”時，則把對應溫度進行對應的設定，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定為-6℃，剩余各組爐管溫度偏差設定為+2℃。

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

2.4.4先進控制系統異常情況切除測量溫度出現異常，例如由于爐管熱電偶故障導致COT溫度跳變，這時候需及時切除燃料氣串級控制，重新調整底部和側壁燃料氣壓力控制器設定值；COT溫度控制器的設定值和PV值絕對偏差超過10℃，這時候將出現系統報警，操作人員需首先切除COT先進控制，檢查異常原因；若底部或側壁燃料氣壓力測量出現異常，必須及時切出先進控制系統。

3裂解爐COT先進控制系統效果分析

吉林石化GK-6型裂解爐（F0101~F0601）的先進控制系統自2012年8月開始陸續投用，取得了非常顯著的效果。本節以2#爐A側為例，給出COT和單組爐管溫度的運行效果，如圖9、圖10、圖11所示。由圖9可以看出，先進控制系統投用后，COT的波動范圍由±7℃降低到±2℃以內，效果非常顯著。由圖10和圖11可以看出，先進控制系統投用期間，F0201A側的COT控制器TICA0207的波動范圍在±1.5℃以內；單組爐管溫度的波動范圍在±2℃以內。表1給出了先進控制系統投用前后單位進料燃料氣消耗的變化情況。由表1可以看出，先進控制系統投用后，在進料量和COT變化不大的情況下，單位進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先進控制系統投用后，極大地穩定了COT的波動，降低了燃料氣的消耗。同時，在一定的程度上可以延長裂解爐的運行周期，降低操作人員的工作強度。

4結語

本文開發了裂解爐COT和單組爐管溫度均衡先進控制系統，完全在DCS上實時，設計了安全、可靠的運行機制和方便的投用/切除邏輯，確保系統的平穩運行。該系統已經在吉林石化乙烯廠6臺GK-6型裂解爐上實時，提高了裝置的處理能力，降低了燃料消耗，延長了裂解爐運行周期，減輕了操作人員勞動強度，取得了顯著的經濟效益和社會效益。所以，本文開發的裂解爐先進控制系統是乙烯生產企業實現平穩操作、安全生產、提高產品質量和節能降耗的有效手段，該系統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單位：中國石油吉林石化公司乙烯廠