[发明专利]一种面向乙烯裂解炉的快速多变量预测控制方法

说明书

本发明涉及一种面向乙烯裂解炉的快速多变量预测控制方法，具有离线和在线两个环节。离线环节通过分析或者辨识方法得到乙烯裂解炉生产过程的动态数学模型及稳态数学模型，并设置控制参数。在线环节首先根据乙烯裂解炉控制系统DCS的测量值计算输出预测值，根据预测值与测量值之差计算预测误差从而对稳态输出预测值进行校正；然后通过稳态优化或直接求逆方法计算稳态控制输入预测值；最后根据给定的控制参数计算当前时刻的控制输入值，通过超前滞后环节对控制输入值的动态性能加以校正后传递给DCS。本发明简化了多变量预测控制的计算复杂度，显著地减小了多变量预测控制的控制周期，可以有效解决乙烯裂解炉这类快速反应过程的控制问题。

技术领域

本发明涉及工业过程控制领域，尤其涉及一种面向乙烯裂解炉的控制方法，具体的说是一种快速的多变量控制方法。

背景技术

乙烯装置是石化工业中能耗最大的装置之一。裂解炉是乙烯装置的关键设备，也是乙烯装置的能耗大户，其能耗占乙烯装置总能耗的50％～60％。降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。采用先进控制技术，对乙烯裂解炉操作，能够提高乙烯、丙烯收解炉进行优化控制操作，将有利于降低乙烯装置的生产能耗。

乙烯装置由主要由裂解、压缩、分离等单元设备组成，工艺流程简述如下：

1、裂解工序

接收来自界外的轻质烃、石脑油，送入裂解炉，加稀释蒸汽(DS)进行裂解，得到的裂解气(即：氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁二烯、裂解汽油、裂解燃料油等组分的混合物)，经废热锅炉急冷，油冷、水冷至常温，回收部分热量，并把其中大部分油类产品分离后送入后续工序。同时接收从界外来的高压锅炉水并将其转化为超高压蒸汽。

2、压缩工序

将来自裂解工序的裂解气，经压缩提压，为深冷分离提供条件。裂解气在压缩过程中，逐段冷却和分离，除去重烃和水，并设有碱洗，除去裂解气中的酸性气体，为分离系统提供合格的裂解气。制冷系统由丙烯制冷系统和乙烯、甲烷二元制冷系统构成，为深冷分离提供不同规格的冷剂。丙烯、二元制冷系统为多段压缩，多级节流的封闭循环系统。

3、分离工序

将压缩工序来的裂解气，经脱水、深冷、加氢和精馏等过程，获得高纯度的乙烯、丙烯，同时得到副产品H2、CH4、C3、LPG、混合碳四馏份及裂解汽油。

其中，裂解工序的工艺流程如下：

来自于界外的烃进料到裂解炉的每根炉管的都有流量控制,烃首先在对流段的最上部盘管中预热,再注入稀释蒸汽,烃与稀释蒸汽的混合物在对流段进一步预热后，进入辐射段炉管进行裂解，裂解产物送到废热锅炉冷却，废热锅炉通过连接到公用汽包的热虹吸系统产生蒸汽。锅炉给水在对流段锅炉给水炉管中预热后该进入汽包。饱和蒸汽在废热锅炉中产生，然后在对流段的两段过热器炉管中过热。过热器出口温度通过将锅炉给水注入部分过热蒸汽来控制。在上，中，下部过热器炉管之间完成减温减压，蒸汽返回到下部过热器炉管，最终过热到设计设定温度。

裂解炉利用环境空气作为燃料燃烧的氧气源，按照基础负荷来设置侧壁烧嘴(固定燃烧)，然后(用剩余燃烧量)来调节底部烧嘴，以便控制炉管出口温度。通过控制裂解炉的通风压力，来调节底部烧嘴的空气流量。此外，可以调节单个烧嘴的空气通风装置，来确保裂解炉在其最佳通风压力范围内运行。炉膛(通风)负压通过调节引风机的转速来控制，引风机可以克服对流段中烟道气体流量的摩擦损失，来确保裂解炉的安全运行。