工业裂解炉自动投料控制系统模拟与仿真

蒋明敬 陆向东 赵 众 陈德坤

（1.中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司；2.北京化工大学信息科学与技术学院）

乙烯作为石油化工行业最重要的产物之一，是有机化工生产过程中的基础，在全世界有着巨大的需求量和生产量， 乙烯产能也成为衡量一个国家经济发展水平的重要指标［1］。 乙烯是有机化工产品的基础原料， 在石油化工生产中占主导地位［2］。

在投料过程中需要控制好进料速度和出口温度，并对裂解炉状态进行监控，以前投料主要靠操作工手动投料， 投料效果不理想且不稳定，因此，在保证操作安全的情况下，如何尽可能地对投料过程进行优化，降低能耗和生产成本，加快裂解炉的投料， 提高装置生产操作管理水平等具有十分重大的研究意义和广阔的发展空间［3］。笔者针对中石化镇海炼化分公司烯烃部BA109 管式裂解炉的生产现状、存在问题和需求，模拟并实现了裂解炉自动投料专家控制系统。 详细描述了工业裂解炉自动投料专家控制系统的系统结构、 控制策略和控制方案。 同时针对BA109 炉的自动投料需求，模拟了自动投料专家控制软件。

1 自动投料控制系统结构

镇海炼化采用了Honeywell PKS 控制系统，针对BA109 炉的自动投料控制系统结构如图1所示。

图1 自动投料控制系统结构示意图

2 工业裂解炉自动投料专家控制系统模拟

2.1 基于专家控制的自动投料系统

专家控制器主要由知识库、推理机及控制决策等模块组成，其结构如图2 所示。

专家控制器的模型可表示为：

U=f（E，K，I）

其中f 为智能算子。

用启发式规则可表示为：

IF A THEN B

其中，A 为前提或条件；B 为结论，B 也可以是一个子规则集。 知识库储存经归纳总结的工艺工程师、 仪表工程师和熟练操作人员的经验知识；推理机在系统运行时根据在线获得的状态特征在知识库中进行匹配，从而得到改变参数的决策。 笔者选用适于描述因果关系和非线性关系的产生式规则作为控制器模型， 具体体现为 “前提—行动”组成的知识推理规则的集合。 这个规则集不仅包含经验，还包含系统运行规律和一些工艺的计算。

图2 自动投料专家控制系统结构框图

2.2 自动投料专家控制系统模拟

基于图2 的系统结构，模拟了基于DCS 顺控逻辑的自动投料专家控制系统。 裂解炉自动投料专家控制系统的功能是要实现裂解炉的自动投料，其过程包括启动前检查、COT（裂解炉出口温度）要求判定、启动自动投料启发式规则、手动/自动切换，同时设置状态显示按钮来表明投料过程所处状态。 裂解炉自动投料专家控制系统的主控操作界面和启动检查操作界面如图3、4 所示，裂解炉自动投料专家控制系统部分投料规则界面如图5、6 所示。

碳烃进料负荷自动自X1、X2 或X3 增至X4(X1～X4 为通过界面输入的不同步骤分界的负荷值)的停止规则为：

a. 置第1～6 组碳烃原料进料阀控制器的控制模式01FIC09031.PIDA.MODE～01FIC09036.PIDA.MODE 为自动；

图3 裂解炉自动投料专家控制系统主控操作界面

图4 裂解炉自动投料专家控制系统启动手动检查操作界面

图5 裂解炉自动投料专家控制系统投料规则界面1

图6 裂解炉自动投料专家控制系统投料规则界面2

b. 同步设置第1～6 组碳烃原料进料阀设定值01FIC09031.PIDA.SP～01FIC09036.PIDA.SP，使进料负荷01FIC09000.DACA.PV 逐渐达到X4；

c. 同步调节底部燃料气流量控制器的01FIC09081.PIDA.SP 值， 保 持 总COT 控 制 器01TIC09000.DACA.PV 在760～780℃（COT 串接控制前）；

d. 当01FIC09000.DACA.PV 值达到X4 时，提示“底部副烧点火开始”；

e. 当底部副烧点火完毕， 内操通过确认按钮，确认底部副烧点火完毕；

f. 确认点火完毕后，总COT 控制器控制模式01TIC09000.PIDA.MODE 设为“自动”，和底部燃料气流量串接控制， 并逐渐调整其01TIC09000.PIDA.SP 值至820℃；

g. 当01FIC09000.DACA.PV 的值达到28t/h时， 开始逐渐调减各组DS 流量控制阀的设定值至3 750kg/h；

h. 检查进料负荷01FIC09000.DACA.PV 为X4， 各组DS 流量阀的设定值为3 750kg/h，COT控制器的设定值为820℃。

2.3 自动投料专家控制系统工作流程

自动投料专家控制系统工作流程如图7 所示，红线为终止操作。

图7 裂解炉自动投料专家控制系统工作流程

3 结束语

针对中石化镇海炼化分公司烯烃部BA109炉的生产现状、存在问题和需求，模拟并实现了裂解炉自动投料专家控制系统，保证了非平稳操作的安全性和操作一致性，为实现工业裂解炉的全工况自动化提供了一条新的有效途径。