裂解炉控制系统设计+文献综述
1.1.1裂解工艺过程简介
裂解炉是大型乙烯生产装置的关键设备之一,由轻柴油裂解炉和乙烷裂解炉组成。炉型为立管箱式加热炉,以轻柴油为原料,并将裂解后分离所得的乙烷(C2H6)反回裂解炉进一步裂解,作为制取乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6),裂解汽油等的原料。原料烃分6路进入裂解炉对流段上部预热管,稀释蒸汽分6路进入对流段下部预热管,进入各组炉管的烃原料和稀释蒸汽均在流量控制下按比例进入裂解炉,汽／烃比在不同进料情况下不同。原料烃与稀释蒸汽在对流段下部预热管混合后，进入辐射段，得到的裂解气从辐射段出口出来。裂解炉辐射段出口有6*4组炉管，4组合为一组，裂解气分6路，分别进入6台废热锅炉，从废锅出来的裂解气再经冷却器用油喷淋，冷至210℃，然后汇入总管去汽油分馏塔。
1.1.2裂解炉控制的基本要求
1 ) 乙烯收率是裂解炉控制的最基本、最关键的控制指标。乙烯收率其主要影响因素：裂解温度、停留时间、烃分压。停留时间由炉型决定．裂解温度和汽／烃比的稳定可控在过程控制中十分重要。
2 ) 物料平衡。为保证整个装置的平衡操作．裂解炉处理量应保持稳定，对一台炉子来说．进料量应保持稳定，所以需合适的进料调节系统和负荷分配系统。
3 ) 安全生产。为保证裂解炉的安全操作．裂解炉设置了必要的联锁报警系统．并对复杂控制系统进行适当设置与联锁系统相配合。
1.2裂解炉主要的控制目标
乙烯裂解炉的控制系统设计一直是30万吨乙烯袋置国产化的一大技术题。 近年来,国外已经开发了一些裂解炉控制的新技术,解决了炉管出口温度调节的严重祸合问题,并在一些引进装置中开始应用。然而,这些系统并不完善,而且对于不同的原料组成和不同的炉型结构,其控制方案差别较大。尽管引进装置中配备了各种优化软件包,也未必能成功地运行。最近, 国内已完成了新炉型的开发,为保证新装置能良好运行,需要开发相应的数学模型和控制策略。
裂解炉控制的主要目标是控制裂解深度、生产量和产物选择性。裂解深度主要受炉管出口温度、停留时间、进炉管物料量和稀释蒸汽速率等变量的影响。选择性主要由停留时间和烃分压决定,通过操作稀释蒸汽量来实现,其调节要求不是非常严格。裂解气产量在保证总体平衡的情况下也允许有些波动裂解深度是关键指标,需优先满足。裂解深度与其它两个目标参数之间也存在着一些关联影响。系统设计时应充分考虑这些因素。对液体原料(如石脑油、轻柴油等),通常以甲烷/ 丙烯比值来表示裂解深度。虽然在线分析仪可测得这一值,但由于难以克服纯滞后时间和可靠性因素影响,一般不以此位直接作为控制系统的反馈变量。事实上,裂解深度对温度的变化非常敏感,即便分析仪质量再好,如果不设计精确快速的温度控制系统,也难以获得良好的裂解深度控制。调节炉管出口温度是控制裂解深度的唯一有效的方法。温度的给定值一般通过数学模型根据裂解深度的要求而定。对裂解深度目标值、进料速率、进料组分等参数的变化，设置有前馈控制通道，并将裂解深度的在线估计模型输出值作为修正温度给定值的反馈变量。这一估计模型又通过在线测得的裂解深度值(甲烷/ 丙烯) 去校正模型参数,以保证精度。这种结合参数校正的模型估计方法,是一种非常有效且可靠的变量获取手段。对炉管出口温度的控制系统设计,至今已有不少方案。