乙烯装置控制系统设计+文献综述(5)
2.2.1 裂解炉控制要求
乙烯收率乙烯生产的首要目的是希望获得尽量多的乙烯产品，因此，提高乙烯收率乃是最基本的控制指标。乙烯收率是进料的芳烃指数BMIC和裂解深度(SEV)的函数。对于指定原料，BMIC一定，则乙烯收率直接受裂解深度影响。
在原料一定时，裂解深度或乙烯收率主要取决于裂解温度、停留时间及烃分压。
裂解温度。裂解温度是直接影响裂解深度的主要变量，是裂解炉控制的首要指标。通常可通过调整燃料流量或原料量予以控制。
停留时间。原料在裂解反应器停留时间与裂解深度有密切关系。一般情况下，为获取较高的乙烯收率，希望有较短的停留时间。停留时间主要取决于炉型。炉型一定时，则取决于进料量和操作压力。
烃分压。反应压力对乙烯产率影响较大，为了有利于乙烯的生成，希望有较低的烃分压。为了保持较低的烃分压，通常还采用添加适量的稀释蒸汽来实现。
一般，将停留时间和烃分压尽可能控制恒定，而以裂解温度控制裂解深度。
负荷稳定。为保证生产装置的平稳操作，裂解炉的处理量(原料量及稀释蒸汽量)需保持稳定，进料量经常波动对裂解炉的操作及后加工工序的正常操作都将带来干扰。因此需设置必要的进料控制系统及负荷分配控制系统。
节省能源及生产安全。为降低生产成本，节省原料及能源消耗，主要通过获取理想乙烯收率，适量的汽/烃比等实现。然而，如何保证裂解炉燃料的充分燃烧，以获取最佳热效率也是一个重要因素。为此，需设置炉膛压力控制系统、烟气中氧含量控制系统及燃料的雾化蒸汽控制系统等。
为保证裂解炉安全操作，除通过各种措施提高控制系统的可靠性外，还需设置必要的报警联锁系统。
为了实现上述目标，裂解炉设有不少控制系统。本节主要介绍裂解炉有关变量的软测量、裂解深度、裂解炉出口温度、裂解炉生产能力及原料量与稀释蒸汽比值控制。
2.2.2 裂解炉的炉管外壁最高温度的软测量
裂解炉是乙烯生产装置的关键设备。在工业裂解炉运行过程中，石脑油在炉管内进行生成乙烯、丙烯等主反应的同时，不可避免地在炉管的内壁上存在着结焦现象。炉管内壁的结焦会严重影响裂解炉的正常操作，结焦阻碍了辐射室对管内裂解气体的热量传递，为了使管内裂解气体保持原有的温度和传热强度，势必要提高管外壁的温度，当它达到炉管金属材料极限温度时.裂解炉不得不停产清焦(对于石脑油裂解，操作周期一般为65天左右)，这意着乙烯产量减少，操作费用提高(清焦要消耗动力)。在裂解炉定期清焦过程中，炉管外壁最高温度是决定炉子是否需要停产清焦的关键因素之一，然而，由于裂解炉运行过程中炉膛温度很高，且炉管外壁温度又是管长分布的函数，故目前采用一些仪器仪表很难准确地检测炉管外壁温度，若采用人工同时监测多组炉管外壁的最高温度也是一项不易之事。因此，当前迫切需要应用新的推断估计技术，根据裂解炉运行过程中的一些已知操作参数，在线推断出炉管外壁的最高温度，以便能较准确地确定炉子停产清焦的时间。
训练样本集的获取 要使所建的模糊神经网络模型具有很好的“平滑”和“泛化”能力，训练样本集的选择很重要。目前一般的用于神经网络模型化过程方法是直接从生产采集数据，但对于大型工业裂解炉而言，由于它在乙烯生产装置中的重要性，若对它进行工业试验(如改变工艺操作条件)产生样本是绝对不可能的，而生产现场操作又比较平稳(即工艺操作条件基本不变)，即使出现一些干扰，也是一些不确定性的扰动。由此得到的样本数据变化量很小，若以此来训练网络，一方面容易造成训练的“饱和”和产生局部最小点，另一方面，训练得到的模型局限性很大，只适用于描述裂解炉工作点周围很小一个区域的操作特性，当操作条件改变时，模型的可信度和泛化性很差，不能以此模型精确地预测新的操作工况下的裂解炉炉管外壁温度特性。为此，采用的训练样本是根据文献[6]提出的裂解炉工艺机理数学模型，从生产过程的内在机理出发，应用正交设计方法，在多组相互正交的操作条件下，模拟裂解炉的实际生产过程，使裂解炉的操作特性得到充分“激励”，并产生一些正交性好、且工作点变化范围较大的裂解生产过程操作信息，将这些样本数据与工业生产现场采集到实时数据结合起来，构成裂解炉模糊神经网络模型的训练样本模式，保证了样本空间的正交性和完备性。影响裂解炉炉管外壁温度操作特性的因素很多，根据生产现场的工艺操纵变量分析及裂解炉机理模型仿真研究，在此选择了裂解炉的运行时间、进料烃流量、进料汽/烃比和裂解炉反应管出口温度作为影响裂解炉管外壁最高温度的主要操纵变量。以操作周期为60天计算，产生了19种不同工况结焦状态下19x60组样本数据，考虑到相近两天的各变量值变化不大，故每隔一天取一个样本，这样 得到的样本数为19X30组，随机选取其中的14X30组样本用于训练，5X30组样本用于测试。
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