作为化工产品的基础原料生产行业和高耗能生产过程,乙烯生产是化工产业的基础和节能降耗的重点,其普遍存在的能源消费总量大、利用率低等问题,一直以来都是过程控制及相关领域的研究热点。乙烯生产的能效评估、诊断与优化是了解生产水平,寻找节能潜力,解决提效降耗的关键技术。然而,目前乙烯生产能效评估、诊断及优化的理论研究和实际应用仍存在诸多不足。因此,本文以乙烯生产过程的能效评估、诊断和优化方法研究为选题,针对生产中的复杂变化情况和实际需求开展研究,系统科学地提出了一系列能效评估、诊断和优化方法,并应用于实际企业,取得了较好的效果。本文主要工作如下:针对乙烯生产过程工艺复杂、流程长,能源、物料种类多样性等特点导致能效指标具有多时间尺度、多介质特性的多粒度评估和诊断问题,根据乙烯生产工艺流程和能源消耗特点,分别从系统层、过程层和设备层三个层面,以及能源流和产品流的动态监测信息,建立乙烯生产过程多粒度能效指标体系,为实现从关键能耗设备到整个乙烯生产过程的能效科学评估、诊断奠定基础。针对乙烯生产过程中负荷、原料和操作条件的波动导致能耗和出率变化,从而难以对生产能效进行合理评估的问题,提出一种基于工况划分的乙烯生产全流程多模型能效评估方法。采用聚类算法对乙烯生产工况进行识别,运用因子分析法筛选能效评估模型的输入指标,基于数据包络分析模型建立适于多工况的能效评估模型,对乙烯生产过程的能效进行合理评估,并针对不同工况给出其高能效能源投入改进策略。通过与传统评估方法对比,本文方法能够从能耗和产品出率两方面更为合理地评价能效水平。针对乙烯生产中裂解、分离等子过程和裂解炉、压缩机等关键设备的能效波动影响生产整体能效水平,需要对能效变化的原因进行诊断的问题,提出一种结合乙烯生产过程多粒度能效指标,综合考虑诊断周期的乙烯生产过程分布式能效诊断方案。基于乙烯生产过程能量流的变化确定其系统层、过程层和设备层的能效诊断边界,建立充分考虑乙烯生产层次化结构的分布式能效诊断模型,同时结合实际生产情况,确定不同生产层级的诊断时间尺度。与传统诊断方案相比,本文方案能够逐层递进诊断能效,深入挖掘能效偏低的具体原因,在对乙烯生产过程能效进行尽可能动态监测和评估的基础上,再做到科学地深入诊断,为实现能效提升和能源优化管理创造了条件。针对乙烯装置多工况生产条件下的能效优化问题,提出一种基于三层生产结构的多工况能效优化方案。传统的单一优化模型无法较好地实现以多工况和层次化架构为特点的乙烯生产过程的能效提升。为此,通过建立系统层、过程层和设备层的动态模型,考虑系统内各层次的关联,针对不同工况分别建立乙烯生产能效优化模型,实现整个生产能源利用效率最大化的能源优化管理方案。同时,提出一种基于历史工况知识库的多目标粒子群优化算法,改进优化算法的性能。优化结果表明,基于本文能效优化方案,不同工况下的乙烯生产能效均得到了显著提升。为解决乙烯生产中裂解过程的高能耗、低能效问题,综合运用原料配比优化和能源管理手段,提出了一种乙烯生产裂解过程能源物料协调优化方案,达到对整个裂解过程节能降耗的目的。采用对原料配比和能源物料的分阶段优化策略,首先建立基于原料配比的乙烯生产技术指标优化模型,在实现指标高精度预测的基础上,获得不同生产需求下的最佳原料配比;然后,通过建立裂解炉的燃料—原料比优化模型,进行裂解炉的燃料和原料协调优化,从而实现对整个裂解过程的节能降耗。优化结果表明,乙烯生产裂解过程的综合能耗得到了有效降低。