[发明专利]乙烯裂解炉TLE出口温度和运行周期预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙烯裂解炉TLE（Transfer Line Exchange,输送管线换热器，以下简称LTE）出口温度和运行周期预测方法。

背景技术

乙烯工业占据石油化工行业的核心地位，乙烯产量是衡量一个国家的石油化工发展水平的标志，因此裂解炉的日常操作和优化至关重要。根据裂解炉的运行特点，裂解反应过程和裂解反应产品会在反应炉管和TLE管内结焦，裂解炉需要定期停炉清焦，以保证裂解炉和废热锅炉在较高效率下运行，并保证乙烯、丙烯等关键产品收率不受影响。判断运行中的裂解炉是否需要停炉烧焦，需要有量化的判断条件，工业上通常采用炉管外壁最高温度TMT（Tube Maximum Temperatrue，管壁最高温度，以下简称TMT）和TLE出口温度作为关键判断条件，当两者的温度其中之一满足限值条件即需停炉烧焦。目前的金属材料加工技术可将TMT最高承受温度提高到1200摄氏度左右，相对于TMT限值条件，TLE出口温度显得更为复杂，其受裂解原料、进料流量、操作条件、运行时间等影响，且其一旦超温，对乙烯装置下游的平稳操作将产生重要影响，因此必须对TLE出口温度进行良好预测和控制，以保证装置的安全平稳运行。

图1为典型的乙烯裂解炉的TLE系统工艺流程图，其包含多个并行TLE和一个汽包。从裂解炉辐射段出来的含有碳氢裂解产物和水蒸气的高温裂解气通过TLE的管程，通过管外侧的冷剂迅速将其冷却到一定的温度，以减少高温裂解气二次反应和保证目标产品收率；经过裂解炉对流段预热的锅炉给水作为冷剂，传送到汽包中以补充汽包中的换热流体；通过虹吸原理，汽包中的饱和水经过下行管下沉送到TLE的壳程，通过TLE管壁和管程内的高温裂解气混合物进行强烈的换热过程，变成饱和蒸汽，通过上行管输送到汽包中，饱和蒸汽经过汽包的饱和蒸汽输送管输送到汽包外部。在这个过程中，一方面通过TLE急冷，裂解气急速冷却，减轻了二次反应的发生，从而保证了目标产品的收率；另一方面，通过TLE的强换热过程，将高温的热能转化为了高温饱和蒸汽，实现了对高温裂解气的高品位热能回收。

但是随着裂解炉系统的运行，在TLE管内壁沉积的焦会越来越多，导致换热器的热阻增加，换热效果变差，裂解气在TLE的出口温度升高。由于裂解气在TLE管内结焦的随机性和不确定性，直接测量TLE管内结焦厚度是不可行的，可以间接采用TLE出口温度来反应TLE结焦状况。由于TLE出口温度受多方面影响，为了工业乙烯裂解炉TLE系统的安全平稳运行，定量的预测工业乙烯裂解炉TLE出口温度和运行周期，对裂解炉生产计划调度和安全平稳运行有着重要的实际意义。通过文献检索发现，目前工业应用中还没有这方面的实施先例，因此充分利用现场操作历史数据和系统的理论分析推导，结合数据挖掘和参数估计技术，开发工业乙烯裂解炉TLE出口温度和运行周期预测技术具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种乙烯裂解炉TLE出口温度和运行周期预测方法。

本发明技术方案如下：

一种工业乙烯裂解炉TLE出口温度和运行周期预测方法，包括以下步骤：

步骤1：对工业乙烯裂解炉TLE换热过程及管内壁结焦过程建模并简化，得到以下出口温度和运行周期的预测参数化模型：