化工一厂H#裂解炉复杂控制方案分析

王 英 李 波 大庆石化信息技术中心，黑龙江省大庆市 163714

化工一厂H#裂解炉复杂控制方案分析

王 英 李 波 大庆石化信息技术中心，黑龙江省大庆市 163714

本文主要叙述了大庆石化公司化工一厂H#裂解炉改造后，控制系统特性和复杂控制方案介绍。利用复杂高效的控制原理，通过DCS控制系统实现了直观、安全的工艺操作。

裂解炉；复杂控制

1 概述

H#裂解炉改造项目是裂解装置全面改造的前期工程，改造的经验将为后续装置改造方案的制订提供参考的直接数据，从设计思想、控制理念、开工程序以及性能测试，每一步的实施对后续工作都提供了宝贵的理论基础和实践经验。

2 装置特性

H#裂解炉扩能改造，采用荷兰Technip德西尼布的专利技术及相应全套工艺设计包，对H#裂解炉进行全面改造，装置高温、高压、控制及安全连锁精度要求高，乙烯收率直接影响石化公司的经济效益。

3 控制系统特性

H#裂解炉控制系统采用日本YOKOGAWA公司的CENTUM CS3000大型集散控制系统，该系统不仅具备应付各种复杂的连续过程和快速逻辑过程的控制要求，而且具备全局的系统数据库。灵活使用的工具、丰富的控制运算算法、开放的系统工具软件能满足用户的所有生产控制与管理的需求。

H#裂解炉在自动化控制上具有以下显著特性：

先进的控制思想和控制理念、高度自动化；

复杂、高效的控制原理；

控制和停车措施的安全可靠 ；

数据实时扫描，控制周期1秒，逻辑刷新频率0.5秒。

复杂化、程控化的控制思想折射出的是简便的操作思维和方法，计算机的全自动化控制，使得人为因素的影响逐渐被剔除，实现了控制的高度集成化、高度自动化。为了进一步简化操作，使之更加形象直观，在操作站上除强化了系统的报警、趋势等操作功能，同时也增加了连锁跳车画面、预报警指示画面等，将现场和中控室内的信息紧密的结合，及时反馈给操作人员，以应对各种突发事件。

4 复杂控制方案

CENTUM CS3000系统具备高度的安全性和可靠性，并提供了强大的软件组态功能。通过反复的甄别和筛选，我们选取了大量的功能模块，包括：计算、选择、设定、前馈、手控、逻辑、顺控等，并进行了必要的组合和合理的优化，完成了以下复杂的控制方案，主要包括：

4.1 裂解炉进料控制

裂解炉进料由独立的8个通道来完成，原料分液相进料和气相进料，可根据生产情况人为切换。8路进料控制器，当全部流量控制器的进料流量以MAN方式达到30%或以上时,可依次将全部控制器选择为AUTO方式,当全部进料通道流量控制器处于AUTO时,可以将8个进料控制器切换到串级CAS方式，即把8个控制器中的一个切为CAS方式后其他7个控制器自动切换到串级方式。当切换到串级时系统同时将自动更新裂解炉能力模块的输出值到当前各通道流量控制器设定点之和；当处于CAS方式后，进料能力将由裂解炉加工能力控制器来提高，（总的能力除以路数8来确定每一通道所要求的进料量，即每一通道进料流量控制器的设定点）操作人员要使用加工能力控制器来设置期望的总进料量，加工能力控制器人为设定能力后要通过限速器以496公斤/分钟的速度来增加或减少，通过运算后的值来改变各进料控制器的设定值。

当温度控制器没投串级时，进料控制器的设定点随HC1110H调整到能力给定后的计算值＋偏差（偏差＝投级动作产生时各进料控制器的实际设定值－计算所得的设定值，此偏差为投串级时的瞬时值，偏差为0为理想状态，通常会有偏差，偏差越小越好），这时虽然进料控制器的设定值不等于能力给定后的计算值，但能力增加或减少，控制器的设定值也跟着增加或减少，只是相差一个进料控制器投串级时的偏差。

若把温度控制器投串级，则此偏差在30分钟内减小为0，即各进料控制器的设定值等于温度控制器的输出、总能力等计算后所得的期望的设定值。

4.2 炉管出口温度控制

8路炉管都设有出口温度控制，每路4个温度指示的第二高温度值作为炉管出口温度控制器的输入值，每一个控制器的输出值用来调整所在支路的进料流量和蒸汽流量控制器的设定值，一般限制在正负1 0%。通过这种方式调整支路流量直到所有的出口温度都相等。

炉管出口温度控制器只有M A N和C A S两种控制方式，而且如果要切换炉管出口温度控制器为C A S方式，必须是进料流量及蒸汽流量控制器在串级方式CAS的情况，才可以切换温度控制器为C A S，否则串级投不上。当温度控制器投到CAS方式后，每一路控制器的设定值为C O T平均出口温度，（每次投串级后设定值要在3 0分钟才能跟踪上C O T平均温度，3 0分钟后，温度控制器的设定值就等于C O T平均温度）。

如果进料流量控制器或蒸汽流量控制器有一组处于串级方式，炉管出口温度控制器就被强制为MAN方式，输出限制在50%；当进料及蒸汽都不在远程方式时，出口温度控制器被强制为MAN方式。因温度控制器没有自动方式，当温度控制器方式由MAN向CAS转换时，转换顺序为M A N→AUT→RCAS；当由CAS向MAN转换时，转换顺序为RCAS→A U T→M A N。

4.3 稀释蒸汽控制

稀释蒸汽投用后，M A N方式使每通道去进料/DS混合点流量达到1.6吨/h,将稀释蒸汽各通道流量控制器转换为A U T方式控制。

总蒸汽/进料比率设定器， 设定器的PV值始终是实际的蒸汽/进料比率，当蒸汽或温度、进料投串级时，设定器的M V值跟踪到实际的蒸汽/进料比率的值。实际进料量、温度控制器输出及裂解能力计算结果二者进行高选后的结果，与设定器的M V值相乘后的结果作为所需要的蒸汽设定。当蒸汽控制器切换到C A S方式时，控制器当时的设定值与通过当时实际的蒸汽/进料比率计算的设定值之间会产生一个偏差（理想情况是偏差为0）。如果蒸汽投串级而温度控制器没有投串级方式，蒸汽控制器的设定值就同计算所需的蒸汽设定值之间有点偏差，计算所需值增加或减少，各路蒸汽控制器的设定随之增加或减少；当温度控制器投到串级时，这个偏差会在30分钟减少为0，以后蒸汽控制器的设定即为计算所得值。

蒸汽/进料比率设定可由操作人员设定，是设定其MV值。因设定器的MV值参加后续的运算。人为设定蒸汽/进料比率，为避免波动幅度过大，用限速器限制其增减幅度，速度为0.01/分钟。

设定器的MV值，当进料、蒸汽、温度三组控制器有一组向串级切换时，它的MV值都会跟踪它的PV值（即实际的蒸汽/进料比率）。

每一支路都配备有一个附加的蒸汽进料比率器，通过这些比率器允许操作者为单个支路增加蒸汽，这个功能在正常状态下一般不使用，它一般用于运行末期。一般情况下，它们为1，并且它们的量程只在1～1.1之间。

5 结束语

H#裂解炉改造，是在原炉体构架基础上，使得单炉生产能力由原来的4万吨/年跃升到9.48万吨/年，仅此一项就可为公司净创造5.48万吨/年的乙烯产量，每年经济效益增长上千万元。更为可喜的是，它的成功经验，为今后裂解炉装置的改造提供了范例，也为同类工程自动化控制的实施提供了有益的参考，其意义深远而巨大。

[1]System Generation Function Manual. Yokogawa Electric Corporation

王英，女，计算机信息系统集成高级项目经理，国家二级注册建造师。1990年毕业后一直在信息技术中心控制工程部从事石油化工生产装置的过程控制方面的研究和应用工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.073