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摘要：本文主要介绍作为上海石化2#乙烯生产的主要设备之一的裂解炉，通过先进优化控制系统的实施运行，裂解炉的运行更加稳定，周期更长，裂解炉出口COT更加稳定，炉管之间温差缩小，乙烯收率提高较大。
关键词： 裂解炉乙烯收率 控制方案 炉出口温度COT
随着对现场过程控制水平要求的不断提高，越来越多的石油化工装置都采用了DCS（集散）控制，DCS控制在取代常规仪表实现装置“安、稳、长、满、优”生产等方面无可比拟的优越性。上海石化2#乙烯装置中的DCS采用Honeywell公司的TDC3000产品，TDC3000控制系统为九十年代中期产品，生产装置许多复杂的控制功能都可以通过DCS的组态，编程等来实现。针对如何提高裂解炉的稳定长周期运行和进一步提高乙烯收率问题，对2#乙烯裂解炉进行了探索并进行了实践，通过优化控制方案和提高现场仪表的可靠性等，使裂解炉的运行周期更长，炉出口温度更加稳定，达到了预想的目标。
1.裂解炉控制的基本要求
(1)裂解炉工艺
（2）裂解炉控制的基本要求：
(3) 影响裂解炉控制的主要干扰因素：
A 裂解原料的进料量，温度，组份； B稀释蒸汽的变化； C 原料进料总压力的变化；
D燃料系统的压力及燃烧状况的波动； E炉管进出口温差与结焦变化等。
(4) 裂解炉的控制内容
裂解炉的控制主要包括：进料流量控制，燃料气压力控制，炉膛负压控制，炉出口温度控制，汽包液面控制为辅助控制等。
2. 裂解炉原控制方案
裂解炉是一个多变量且比较复杂的控制对象，根据前面裂解炉的控制要求，及主要干扰因素，结合STR III炉，设计以下主要控制方案。
（1）.烃进料流量控制：STR III裂解炉的进料控制，由六组进料，其控制分别为单回路控制，即FIC101A，FIC101B，FIC101C，FIC101D，FIC101E，FIC101F.
(2).稀释蒸汽流量控制；STRIII裂解炉的稀释蒸汽控制，由六组进料，其控制为单回路控制，即FIC101G，FIC101H，FIC101J，FIC101K，FIC101L，FIC101M.
(3).炉出口温度控制：采用炉出口温度与燃料气的压力进行串级控制。裂解炉出口温度为主参数，把影响裂解炉出口温度的主要干扰因素——燃料气的压力引入副回路中，设想利用副回路的快速作用，能对进入副回路的干扰具有很强的克服能力。理论上认为由于副回路的存在，燃料气压力波动，必然会很快克服，不会对系统造成很大影响，其次由于副回路的存在，使等效时间常数T大大减小，所以系统频率可以提高，从而提高系统调节精度。
(4). 炉膛负压控制是通过炉顶风门挡板来控制。
（5）.烃类、蒸汽比例调节 由手动开关设定
裂解炉原控制方案是比较简单的控制，其乙烯收率、裂解炉出口温度COT波动较大，造成裂解炉运行周期短、裂解炉能耗大等结果。为了进一步提高裂解炉的能效和乙烯收率，在原有控制方案的基础上进行增加相关参数进入控制回路，从而达到新的目标。
3.裂解炉优化控制主要内容
以SRT-III裂解炉为例，对整体裂解炉的控制和方案优化进行说明。
(1)影响乙烯收率的因素：裂解温度、（温度是影响乙烯收率的重要因素）停留时间、烃分压‘
(2) 裂解炉新控制方案
A．裂解炉进料流量控制
在新的复杂控制方案中，采用总量分配加温差修正的方法，基本解决了各炉管间的温差大的问题，同时通过总量調节，解决了整台裂解炉的总（量）负荷控制，而将稀释蒸汽与进料量，通过人工设定配比系数，让其自动进行计算汽烃比，并控制，解决了稀释蒸汽与烃进料的比值关系。这样的控制结果是既保证了对整台裂解炉的负荷要求，又保证了各组炉管的出口温度，且各炉管内物料汽烃比合理，使整台裂解炉的控制质量大为提高，同时也大大减少了操作人员对裂解炉的调整工作。
B．裂解炉出口温度控制
根据不同操作条件下裂解炉的运行情况，运用多元非线性回归方法，建立了乙烯转化率及单程收率为目标的简化数学模型，该数学模型在建立过程中，跟据各自变量对因变量的影响显著性及各自变量之间耦合程度，自动地进行PID运算，使模型更接近生产过程中的操作情况。
C． 裂解炉燃料系统控制
对于燃料气的压力控制PIC101A，既可以用整台裂解炉的平均温度调节TIC101A，与它串级，也可以通过总量调节后，经FY101A（比率）换算：
即：PVF总=F总 * 0.005
换算后的数值与燃料气压力进行串级，两者间的切换是通过HS101A来实现的。功能模块H（FY101B）为一手动自动切换模块，可以进行手自动切换。这样使得燃料气压力控制手段更加灵活。
D．烃类、蒸汽比例调节
FY101G-M，接受来自六组进料管线的设定值FIC101A.SP---FIC101F.SP，将其它与人工给定的比率相乘后得出希望的稀释蒸汽量。该部分运算是在功能块FY101G---FY101M中实现的。将计算出的稀释量与实际的稀释量相比较，在调节模块FIC101G---FIC101M中进行PID调节，将该输出最终去控制蒸汽阀门，通过以上这种调节控制，实现了各组炉管合理的汽烃比控制。
E．裂解炉汽包控制
裂解炉汽包液面是典型的三冲量控制,其目的是控制汽包液面稳定，使整个裂解炉的运行更加稳定。
4.新控制方案实施效果
4.1裂解炉出口温度
通过对裂解炉控制系统的优化，进一步提高了裂解炉出口温度的稳定性，在实施后，其出口温度COT的波动控制在±2°之内，图四是COT月平均温度趋势(旧方案)和图五是COT月平均温度趋势(新方案)，从图四和图五可以看出，新控制方案投用后，裂解炉出口温度波动较为平稳，波动幅度明显减少。
4.2裂解炉总量控制通过裂解炉总流量平衡控制，总量和6路分量控制，使裂解炉的原来进料量的波动进一步减少，实施先进控制后，其总量的波动控制在±0.2%-±0.3% 范围内。
4.3乙烯收率
通过裂解炉优化控制，烯烃工厂乙烯的收率有所提高，图六和图七分别是原控制方案和新优化后控制方案，乙烯1平均收率趋势图。从图七和图八可以看出，新的APC控制方案投用后,乙烯收率提高了1.5%左右,效果明显。
裂解炉运行周期提高优化裂解炉的控制，裂解炉的运行周期和原来相比，运行时间由平均45天而增加到55天。
4.4控制手段 原控制方案只有单回路控制和串接控制可以选择，通过新的优化后，可供选择的方案有串接控制，选择控制，总量控制等多种复杂控制。
综上所述，新方案实施前后，裂解炉的运行得到了较大的改进，从主要考核参数来看，乙烯收率、裂解炉出口温度波动范围、能耗、运行周期都有较大改善，主要参数请下表：
新控制方案应用前后比较
5结论
通过DCS对上海石化2#乙烯裂解炉APC优化控制上的应用，引入了总量控制（即负荷分均匀配控制）方案，同时将裂解炉出口温差引进调节系统彻底改变了以往裂解炉出口温度操作波动大，以及乙烯收率不稳的状况。在裂解炉出口温度控制，进料系统控制，裂解深度等一系列裂解炉控制品质上，都得到了很大提高，（2001年1-8月2#乙烯的平均乙烯综合收率为31.1％），同时，裂解炉的运行周期较以往亦延长，投用APC控制系统后，每组裂解炉出口温度控制在± 1.0℃左右，与平均温度偏差1度，远远超过了预期的目的.
关键词： 裂解炉乙烯收率 控制方案 炉出口温度COT
随着对现场过程控制水平要求的不断提高，越来越多的石油化工装置都采用了DCS（集散）控制，DCS控制在取代常规仪表实现装置“安、稳、长、满、优”生产等方面无可比拟的优越性。上海石化2#乙烯装置中的DCS采用Honeywell公司的TDC3000产品，TDC3000控制系统为九十年代中期产品，生产装置许多复杂的控制功能都可以通过DCS的组态，编程等来实现。针对如何提高裂解炉的稳定长周期运行和进一步提高乙烯收率问题，对2#乙烯裂解炉进行了探索并进行了实践，通过优化控制方案和提高现场仪表的可靠性等，使裂解炉的运行周期更长，炉出口温度更加稳定，达到了预想的目标。
1.裂解炉控制的基本要求
(1)裂解炉工艺
（2）裂解炉控制的基本要求：
(3) 影响裂解炉控制的主要干扰因素：
A 裂解原料的进料量，温度，组份； B稀释蒸汽的变化； C 原料进料总压力的变化；
D燃料系统的压力及燃烧状况的波动； E炉管进出口温差与结焦变化等。
(4) 裂解炉的控制内容
裂解炉的控制主要包括：进料流量控制，燃料气压力控制，炉膛负压控制，炉出口温度控制，汽包液面控制为辅助控制等。
2. 裂解炉原控制方案
裂解炉是一个多变量且比较复杂的控制对象，根据前面裂解炉的控制要求，及主要干扰因素，结合STR III炉，设计以下主要控制方案。
（1）.烃进料流量控制：STR III裂解炉的进料控制，由六组进料，其控制分别为单回路控制，即FIC101A，FIC101B，FIC101C，FIC101D，FIC101E，FIC101F.
(2).稀释蒸汽流量控制；STRIII裂解炉的稀释蒸汽控制，由六组进料，其控制为单回路控制，即FIC101G，FIC101H，FIC101J，FIC101K，FIC101L，FIC101M.
(3).炉出口温度控制：采用炉出口温度与燃料气的压力进行串级控制。裂解炉出口温度为主参数，把影响裂解炉出口温度的主要干扰因素——燃料气的压力引入副回路中，设想利用副回路的快速作用，能对进入副回路的干扰具有很强的克服能力。理论上认为由于副回路的存在，燃料气压力波动，必然会很快克服，不会对系统造成很大影响，其次由于副回路的存在，使等效时间常数T大大减小，所以系统频率可以提高，从而提高系统调节精度。
(4). 炉膛负压控制是通过炉顶风门挡板来控制。
（5）.烃类、蒸汽比例调节 由手动开关设定
裂解炉原控制方案是比较简单的控制，其乙烯收率、裂解炉出口温度COT波动较大，造成裂解炉运行周期短、裂解炉能耗大等结果。为了进一步提高裂解炉的能效和乙烯收率，在原有控制方案的基础上进行增加相关参数进入控制回路，从而达到新的目标。
3.裂解炉优化控制主要内容
以SRT-III裂解炉为例，对整体裂解炉的控制和方案优化进行说明。
(1)影响乙烯收率的因素：裂解温度、（温度是影响乙烯收率的重要因素）停留时间、烃分压‘
(2) 裂解炉新控制方案
A．裂解炉进料流量控制
在新的复杂控制方案中，采用总量分配加温差修正的方法，基本解决了各炉管间的温差大的问题，同时通过总量調节，解决了整台裂解炉的总（量）负荷控制，而将稀释蒸汽与进料量，通过人工设定配比系数，让其自动进行计算汽烃比，并控制，解决了稀释蒸汽与烃进料的比值关系。这样的控制结果是既保证了对整台裂解炉的负荷要求，又保证了各组炉管的出口温度，且各炉管内物料汽烃比合理，使整台裂解炉的控制质量大为提高，同时也大大减少了操作人员对裂解炉的调整工作。
B．裂解炉出口温度控制
根据不同操作条件下裂解炉的运行情况，运用多元非线性回归方法，建立了乙烯转化率及单程收率为目标的简化数学模型，该数学模型在建立过程中，跟据各自变量对因变量的影响显著性及各自变量之间耦合程度，自动地进行PID运算，使模型更接近生产过程中的操作情况。
C． 裂解炉燃料系统控制
对于燃料气的压力控制PIC101A，既可以用整台裂解炉的平均温度调节TIC101A，与它串级，也可以通过总量调节后，经FY101A（比率）换算：
即：PVF总=F总 * 0.005
换算后的数值与燃料气压力进行串级，两者间的切换是通过HS101A来实现的。功能模块H（FY101B）为一手动自动切换模块，可以进行手自动切换。这样使得燃料气压力控制手段更加灵活。
D．烃类、蒸汽比例调节
FY101G-M，接受来自六组进料管线的设定值FIC101A.SP---FIC101F.SP，将其它与人工给定的比率相乘后得出希望的稀释蒸汽量。该部分运算是在功能块FY101G---FY101M中实现的。将计算出的稀释量与实际的稀释量相比较，在调节模块FIC101G---FIC101M中进行PID调节，将该输出最终去控制蒸汽阀门，通过以上这种调节控制，实现了各组炉管合理的汽烃比控制。
E．裂解炉汽包控制
裂解炉汽包液面是典型的三冲量控制,其目的是控制汽包液面稳定，使整个裂解炉的运行更加稳定。
4.新控制方案实施效果
4.1裂解炉出口温度
通过对裂解炉控制系统的优化，进一步提高了裂解炉出口温度的稳定性，在实施后，其出口温度COT的波动控制在±2°之内，图四是COT月平均温度趋势(旧方案)和图五是COT月平均温度趋势(新方案)，从图四和图五可以看出，新控制方案投用后，裂解炉出口温度波动较为平稳，波动幅度明显减少。
4.2裂解炉总量控制通过裂解炉总流量平衡控制，总量和6路分量控制，使裂解炉的原来进料量的波动进一步减少，实施先进控制后，其总量的波动控制在±0.2%-±0.3% 范围内。
4.3乙烯收率
通过裂解炉优化控制，烯烃工厂乙烯的收率有所提高，图六和图七分别是原控制方案和新优化后控制方案，乙烯1平均收率趋势图。从图七和图八可以看出，新的APC控制方案投用后,乙烯收率提高了1.5%左右,效果明显。
裂解炉运行周期提高优化裂解炉的控制，裂解炉的运行周期和原来相比，运行时间由平均45天而增加到55天。
4.4控制手段 原控制方案只有单回路控制和串接控制可以选择，通过新的优化后，可供选择的方案有串接控制，选择控制，总量控制等多种复杂控制。
综上所述，新方案实施前后，裂解炉的运行得到了较大的改进，从主要考核参数来看，乙烯收率、裂解炉出口温度波动范围、能耗、运行周期都有较大改善，主要参数请下表：
新控制方案应用前后比较
5结论
通过DCS对上海石化2#乙烯裂解炉APC优化控制上的应用，引入了总量控制（即负荷分均匀配控制）方案，同时将裂解炉出口温差引进调节系统彻底改变了以往裂解炉出口温度操作波动大，以及乙烯收率不稳的状况。在裂解炉出口温度控制，进料系统控制，裂解深度等一系列裂解炉控制品质上，都得到了很大提高，（2001年1-8月2#乙烯的平均乙烯综合收率为31.1％），同时，裂解炉的运行周期较以往亦延长，投用APC控制系统后，每组裂解炉出口温度控制在± 1.0℃左右，与平均温度偏差1度，远远超过了预期的目的.