一种高压加氢反应器多段冷氢分级温度控制方法与流程

本发明涉及高压加氢反应器温度控制，具体为一种高压加氢反应器多段冷氢分级温度控制方法。

背景技术：

1、高压加氢反应器内设置多个催化剂床层，反应放热使床层温度升高，需在床层之间注入冷氢以控制反应温度。现有冷氢注入控制多采用固定分配或单回路温度反馈方式，根据各催化剂床层入口或出口温度偏差调节冷氢支路阀门。由于各床层压力波传播速度、温度响应时间和冷氢混合过程存在差异，冷氢支路开启顺序通常按床层编号或经验设置，无法反映压力波动到达和温度变化的实际先后关系，冷氢注入容易超前或滞后于床层热动态，导致局部温度过高或过度冷却。下游冷氢支路调节一般只利用本床层温度信号，未将上游冷氢流量和压力数据传递至下游控制周期，各支路调节动作之间缺乏协调，级间温度容易相互扰动。冷氢支路开启时刻和持续时长多依据稳态温差或固定时序整定，缺乏根据下游床层温升速率与上游冷氢注入量对应关系修正下一周期动作参数的机制，在进料量、氢气流量或催化剂活性变化时，固定时序难以满足各床层动态温度控制要求。高压加氢反应器多段冷氢分级温度控制存在压力波到达次序与温度变化时刻不匹配导致的冷氢支路开启顺序不合理问题，以及下游温升速率与上游冷氢注入量对应关系未用于修正冷氢支路开启时刻和持续时长的问题。

技术实现思路

1、针对现有冷氢注入时序与床层动态响应不匹配、冷氢支路开启参数无法随下游温升速率动态修正的缺陷，本发明提供一种高压加氢反应器多段冷氢分级温度控制方法，通过向最上层冷氢注入点脉冲注入冷氢并记录压力波到达次序，与各催化剂床层温度变化时刻配对生成冷氢支路开启序列，并利用下游床层温升速率与上游冷氢注入量对应关系修正下一周期冷氢支路开启时刻和持续时长，使冷氢注入时序与床层动态响应匹配，改善多段冷氢分级温度控制精度。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种高压加氢反应器多段冷氢分级温度控制方法，包括：在高压加氢反应器的多个催化剂床层之间的冷氢注入总管上设置分级冷氢注入单元，采集每个催化剂床层入口和出口的温度、压力、氢气流量、冷氢流量、压差；向最上层冷氢注入点脉冲注入冷氢，记录各下游催化剂床层压力波动到达时间，形成压力波到达次序；根据压力波到达次序与各催化剂床层温度变化时刻的先后关系，生成冷氢支路开启序列；按照冷氢支路开启序列逐级调节冷氢支路调节阀开度，并把上游冷氢流量、压力数据传递至下游控制周期；根据下游床层温升速率与上游冷氢注入量的对应关系，修正下一周期各冷氢支路开启时刻和开启持续时长；将修正后的开启时刻和持续时长写入分级冷氢控制器的输出通道，控制各冷氢支路阀门。该方法利用压力波传递次序与温度变化时刻的匹配关系生成开启序列，并将上游冷氢流量和压力作为下游控制周期的初值，使各级冷氢支路根据实际扰动传播特性动作，从而提高床层温度控制的协同性。

3、作为本发明的一个技术方案，向最上层冷氢注入点脉冲注入冷氢时，以冷氢注入总管的压力调节阀为先导，在设定时间窗内将压力调节阀开度按阶梯增加，同时关闭其他冷氢支路调节阀；采集冷氢注入总管压力、冷氢流量和下游各催化剂床层压力，提取压力波动峰值到达各催化剂床层的时间，按时间先后形成压力波到达次序；将压力波到达次序发送至分级冷氢控制器。该过程通过阶梯式扰动和峰值到达时间识别，能够在不引入大幅温度扰动的情况下获得压力波在各床层间的传递次序。

4、优选的，在设定时间窗内将压力调节阀开度按阶梯增加时，将设定时间窗划分为多个连续时隙；在每个时隙内保持压力调节阀开度不变，采集冷氢注入总管压力、冷氢流量和各下游催化剂床层压力；在时隙结束时，根据冷氢注入总管压力在时隙内的变化方向确定下一时隙压力调节阀开度增加量；将各时隙压力调节阀开度增加量按时间先后发送至压力调节阀；在任一下游催化剂床层出现压力波动时，停止压力调节阀开度阶梯增加，并将当前时隙序号发送至分级冷氢控制器。该方式以时隙为步长逐步增大压力调节阀开度，能够根据系统响应及时终止扰动输入，提高压力波到达次序判断的稳定性和安全性。

5、优选的，生成冷氢支路开启序列时，在分级冷氢控制器中建立床层序号与冷氢支路编号的对应表；将各催化剂床层温度变化时刻与压力波到达次序中对应床层的到达时间逐项配对，得到配对结果；根据配对结果中温度变化时刻早于到达时间的催化剂床层，将该催化剂床层对应的冷氢支路编号前移；根据配对结果中温度变化时刻晚于到达时间的催化剂床层，将该催化剂床层对应的冷氢支路编号后移；生成包含冷氢支路编号、开启时刻、初始开度的冷氢支路开启序列，并将冷氢支路开启序列下发至各冷氢支路调节阀。通过温度变化时刻与压力波到达时间的先后比较，对冷氢支路开启顺序进行前移或后移修正，使开启序列与床层实际动态响应相匹配。

6、优选的，建立床层序号与冷氢支路编号的对应表时，从高压加氢反应器的人孔编号、催化剂床层支撑件位置和冷氢注入管口方位读取标识；将催化剂床层入口温度测点、出口温度测点、压力测点和冷氢支路阀门编号编入同一行列；在行列内按物料流向排列催化剂床层，形成床层序号与冷氢支路编号的对应表；将床层序号与冷氢支路编号的对应表存储于分级冷氢控制器，并在反应器检修后根据标识更新床层序号与冷氢支路编号的对应表；将更新后的床层序号与冷氢支路编号的对应表发送至分级冷氢控制器中执行压力波到达次序配对的寄存器。该对应表可根据检修后的现场标识进行更新，避免因床层或支路编号变化导致开启序列失配。

7、优选的，按照冷氢支路开启序列逐级调节冷氢支路调节阀开度时，由分级冷氢控制器按冷氢支路开启序列依次输出开度指令；每开启一级冷氢支路，采集该级上游冷氢总管的瞬时流量和压力，并读取该级冷氢支路的入口温度和出口温度；将瞬时流量、压力、入口温度和出口温度经现场总线送入下游控制周期；下游控制周期以接收到的瞬时流量和压力作为下一级阀门开度初值，并在下一级冷氢支路开启前用该初值更新下一级阀门开度。通过将上游实测流量和压力沿控制周期传递，使下游阀门开度初值能够反映上游冷氢分配的实时变化，避免各级支路因设定值滞后而产生温度波动。

8、优选的，下游控制周期以接收到的瞬时流量和压力作为下一级阀门开度初值时，下游控制周期接收上游冷氢总管的瞬时流量和压力，并读取下一级冷氢支路的当前阀门开度、入口温度和出口温度；将瞬时流量、压力、当前阀门开度、入口温度和出口温度组成下一级冷氢支路的启动数据组；按启动数据组中的入口温度和出口温度确定下一级冷氢支路调节阀的动作方向；将启动数据组和动作方向传递至再下一级控制周期；在下一级冷氢支路开启前，按动作方向将当前阀门开度更新为下一级阀门开度初值。该方式将温度偏差引入动作方向判断，使下一级阀门的开度更新方向与床层实际换热需求一致。

9、优选的，根据下游床层温升速率与上游冷氢注入量的对应关系修正下一周期各冷氢支路开启时刻和开启持续时长时，按催化剂床层序号采集下游床层温升速率和上游冷氢注入量，并将同一时刻的下游床层温升速率与上游冷氢注入量存入分级冷氢控制器的时序表；当温升速率达到该催化剂床层当前周期内的峰值时，将对应时刻的上游冷氢注入量记为峰值注入量；根据峰值注入量在该催化剂床层出现时刻前的数值序列和出现时刻后的数值序列，调整下一周期该冷氢支路开启时刻和开启持续时长；将调整后的冷氢支路开启时刻和开启持续时长写入分级冷氢控制器的下一周期时序表，并发送至各冷氢支路调节阀。利用温升速率峰值与峰值注入量的时间对应关系修正下一周期参数，能够针对不同床层的放热响应特性动态匹配冷氢注入时长，减少温度超调。

10、优选的，根据峰值注入量在该催化剂床层出现时刻前的数值序列和出现时刻后的数值序列进行调整时，记录峰值注入量出现时刻前的冷氢注入量上升段和峰值注入量出现时刻后的冷氢注入量下降段；若上升段持续时间长于下降段，则将下一周期该冷氢支路开启时刻提前，并将开启持续时长延长；若上升段持续时间短于下降段，则将下一周期该冷氢支路开启时刻延后，并将开启持续时长缩短；将提前或延后的开启时刻和延长或缩短的开启持续时长按冷氢支路编号写入分级冷氢控制器的下一周期时序表；将下一周期时序表发送至各冷氢支路调节阀。通过比较峰值注入量前后的冷氢注入量持续时间，能够识别各床层对冷氢的吸热响应快慢，并对开启时刻和持续时间进行方向性修正。

11、优选的，将修正后的开启时刻和持续时长写入分级冷氢控制器的输出通道时，在分级冷氢控制器中设置与各冷氢支路一一对应的输出寄存器；将修正后的开启时刻转换为分级冷氢控制器时基计数值，将开启持续时长转换为阀门动作脉冲宽度；按冷氢支路编号将时基计数值和阀门动作脉冲宽度写入对应输出寄存器；输出寄存器按扫描周期读取时基计数值和阀门动作脉冲宽度，并驱动该冷氢支路调节阀动作；将输出寄存器的写入状态和读取状态反馈至分级冷氢控制器的下一周期时序表。通过输出寄存器将修正后的开启时刻和持续时长转换为阀门可执行的时基计数值和脉冲宽度，提高动作时序精度，并将执行状态反馈至下一周期，形成闭环修正。

12、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

13、向最上层冷氢注入点脉冲注入冷氢，在设定时间窗内关闭其他冷氢支路调节阀，采集冷氢注入总管压力、冷氢流量和下游各催化剂床层压力，提取压力波动峰值到达各催化剂床层的时间并形成压力波到达次序。将压力波到达次序与各催化剂床层温度变化时刻逐项配对，对温度变化早于压力波到达的床层将其冷氢支路编号前移，对温度变化晚于压力波到达的床层将其冷氢支路编号后移，生成包含冷氢支路编号、开启时刻和初始开度的冷氢支路开启序列。脉冲注入和压力波到达次序配对后，冷氢支路开启顺序依据各床层实际压力波传播和温度动态响应确定，冷氢支路动作不再按固定编号或经验顺序执行，冷氢注入时机与床层热动态匹配，降低冷氢注入超前或滞后造成的床层温度波动。根据下游床层温升速率和上游冷氢注入量建立时序表，在温升速率达到当前周期峰值时记录对应的上游冷氢注入量为峰值注入量，比较峰值注入量出现时刻之前的上升段和之后的下降段。若上升段持续时间长于下降段，则将下一周期该冷氢支路开启时刻提前并延长开启持续时长；若上升段持续时间短于下降段，则将下一周期该冷氢支路开启时刻延后并缩短开启持续时长。依据峰值注入量前后的数值序列修正下一周期动作参数，使冷氢支路开启时刻和持续时长随下游床层温升速率变化进行动态调整，避免仅按稳态温差整定导致的调节滞后或过量注入，适应进料量和催化剂活性变化，改善各催化剂床层温度分布均匀性和运行平稳性。