一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法、系统、设备以及存储介质与流程

1.本发明涉及裂解炉裂解生产工艺技术领域，尤其涉及一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法、系统、设备以及存储介质。


背景技术：

2.乙烯作为石化行业最重要的单体，是生产有机化工原料以及三大合成材料的基础原料之一，在工业化工中占有重要地位。截止到目前位置，工业生产乙烯的主要方式是通过石油烃裂解制取。裂解炉作为乙烯制取过程中的主要装置，其工艺和控制水平直接影响乙烯产品的产量和质量。
3.石油烃在裂解炉中发生裂解反应，其基本表现形式是烃类在高温下发生碳氢键和碳碳键的断裂，生产出低碳烯烃和轻质芳烃的过程。一般可分为一次反应和二次反应。一次反应，指石油烃(特别是烷烃)经裂解生成乙烯和丙烯的反应。二次反应，即一次反应的生成物进行进一步的反应生成多种产物，二次反应不仅消耗了原料，降低烯烃的产率，而且反应生成的焦和碳又会堵塞设备和管道，进而影响裂解操作的稳定。裂解反应是强吸热反应，在燃料气温度一定的条件下，石油烃的进料流量会直接影响裂解炉内的反应温度，进行影响裂解反应的深度。当裂解炉各支路原料组分发生变化时，各支路的吸热量不同，导致各支路炉管内裂解深度不一致，各支路结焦程度也会产生区别，进而加剧支路之间的不平衡。因此对裂解炉的进料流量的精准控制，是提升反应产物和产品的重要前提。
4.对于裂解炉进料流量控制，目前有两种主流工艺，一种是依靠操作员手动控制进料流量设定值进而控制裂解炉总体进料流量，其次是根据炉口出口温度平均温度和进料流量形成串级pid控制，通过出口温度设置支路进料流量的给定值，再通过pid回路控制进料流量。
5.当进料流量处于手动控制状态下，进料流量的控制严重依赖操作员的经验，当进料原料组分发生变化时，操作员凭经验无法保证各支路的反应温度和反应进程一致。在生产要求总进料流量保持不变，改变某支路流量的时候，同时必须改变其他支路的进料流量，进而影响其他支路的反应进程，而且频繁的操作会进一步加大操作员的劳动强度。
6.根据炉口出口温度控制裂解炉的进料流量，虽然能够使裂解炉内各支路的反应温度在一定程度上维持稳定，但各个支路出口温度的不同会影响到支路的进料流量设定值，当进料原料组分差异大时，各支路的进料流量设定值会产生较大差异。在实际生产中，各支路的进料原料的差异以及设备状态不同，导致支路炉口出口温度波动较大，造成支路间的流量设定偏差较大。为保障设备安全，会对支路流量进行限幅处理，当支路炉口出口温度超过幅值限制后，支路流量调节器失去其调节功能，进而影响到装置总进料流量，不利于整个裂解炉的控制。因此需要一种更精准的裂解炉进料流量控制方案，提高裂解炉控制水平。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法、系统、设备以及存储介质。
8.本发明所提供的一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法，包括如下步骤：
9.步骤s1，通过上位机设置裂解炉的总进料负荷，控制器根据裂解炉设备参数以及裂解炉的总进料负荷计算出裂解炉的总进料流量并送至总进料流量控制器中；
10.步骤s2，总进料流量控制器根据裂解炉的总进料流量以及当前总进料流量反馈值，给出支路流量的调节量；
11.步骤s3，在总进料流量控制器中增加流量限幅功能对控制器的输出进行限制；
12.步骤s4，采用红外色谱热值分析仪测量不同支路进料原料的热值，根据支路热值和总流量计算出各支路的进料流量给定值；总进料流量、各支路的进料流量给定值以及支路流量热值满足以下函数关系：
[0013][0014]fvi
＝f
vi
(fq,qi)
[0015]
其中：fq为裂解炉的总进料流量，f
vi
为第i路的的支路流量给定值，fi为第i路流量映射函数，qi为第i路原料的热值；
[0016]
步骤s5，根据支路炉口出口温度以及炉口出口平均温度的差值及支路当前的实际流量，计算出支路进料补偿量；
[0017]
步骤s6，将支路流量给定值和支路补偿流量值相加并作为支路进料流量设定值送至支路进料控制器中；
[0018]
各支路流量补偿量满足以下函数关系：
[0019]fti
＝f
ti
(δti,f
acti
)
[0020]
其中：f
ti
为第i路的流量补偿值，
△
ti为第i路支路炉口出口温度与炉口出口平均温度的差值，f
acti
为第i路支路的实际流量值，f
ti
为第i路流量补偿函数；
[0021]
支路流量最终流量设定值f
qi
为总进料流量给定值和支路流量温度补偿值之和，即：
[0022]fqi
＝f
vi
f
ti
[0023]
步骤s7，支路流量控制器根据支路进料流量设定值和支路进料流量反馈值自动调节阀门动作。
[0024]
进一步，在裂解炉进料流量一定的情况下，根据进料原料热值进行支路流量分配，在此基础上利用炉口出口温度补偿支路进料流量，最大限度的保证裂解炉内各支路的裂解进程一致。
[0025]
进一步，函数形式包括线性、多项式、指数或者对数形式，函数的未知参数根据工业装置实际运行数据或者理论模型共同确定。
[0026]
进一步，所述步骤s4中，热值检测通过热值仪在线实时监测或在每种原料进料前用热值仪检测一次，之后将检测的热值系数储存在上位机或者控制器中。
[0027]
本发明所提供的一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制系统，包括：
[0028]
进料总负荷接收模块，通过上位机设置裂解炉的总进料负荷，控制器根据裂解炉
设备参数以及裂解炉的总进料负荷计算出裂解炉的总进料流量并送至总进料流量控制器中；
[0029]
进料总负荷调节模块，总进料流量控制器根据裂解炉的总进料流量以及当前总进料流量反馈值，给出支路流量的调节量；
[0030]
总流量限幅设置模块，在总进料流量控制器中增加流量限幅功能对控制器的输出进行限制；
[0031]
支路流量分配模块，采用红外色谱热值分析仪测量不同支路进料原料的热值，根据支路热值和总流量计算出各支路的进料流量给定值；总进料流量、各支路的进料流量给定值以及支路流量热值满足以下函数关系：
[0032][0033]fvi
＝f
vi
(fq,qi)
[0034]
其中：fq为裂解炉的总进料流量，f
vi
为第i路的的支路流量给定值，fi为第i路流量映射函数，qi为第i路原料的热值；
[0035]
支路流量补偿模块，根据支路炉口出口温度以及炉口出口平均温度的差值及支路当前的实际流量，计算出支路进料补偿量；
[0036]
支路流量设定模块，将支路流量给定值和支路补偿流量值相加并作为支路进料流量设定值送至支路进料控制器中；
[0037]
各支路流量补偿量满足以下函数关系：
[0038]fti
＝f
ti
(δti,f
acti
)
[0039]
其中：f
ti
为第i路的流量补偿值，
△
ti为第i路支路炉口出口温度与炉口出口平均温度的差值，f
acti
为第i路支路的实际流量值，f
ti
为第i路流量补偿函数；
[0040]
支路流量最终流量设定值f
qi
为总进料流量给定值和支路流量温度补偿值之和，即：
[0041]fqi
＝f
vi
f
ti
[0042]
支路流量阀门自动控制模块，支路流量控制器根据支路进料流量设定值和支路进料流量反馈值自动调节阀门动作。
[0043]
进一步，在裂解炉进料流量一定的情况下，根据进料原料热值进行支路流量分配，在此基础上利用炉口出口温度补偿支路进料流量，最大限度的保证裂解炉内各支路的裂解进程一致。
[0044]
进一步，函数形式包括线性、多项式、指数或者对数形式，函数的未知参数根据工业装置实际运行数据或者理论模型共同确定。
[0045]
进一步，所述支路流量分配模块中，热值检测通过热值仪在线实时监测或在每种原料进料前用热值仪检测一次，之后将检测的热值系数储存在上位机或者控制器中。
[0046]
本发明所提供的一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器执行计算机可读指令时，实现本发明实施例中乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法。
[0047]
本发明所提供的一种计算机可读介质，存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现本发明实施例中乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制
方法。
[0048]
针对现有技术，本发明具有如下的有益效果：
[0049]
1、此方案采用自动分配支路流量，提高了自动率，减轻了操作员的劳动负担。
[0050]
2、此方案避免了因支路流量限幅设置引起的总流量变化。
[0051]
3、此方案引入了原料热值作为支路流量的分配依据，进而保证了各支路裂解反应时吸热量保持均衡，使支路之间的裂解深度更加均衡。
[0052]
4、进料原料的热值反映了原料吸收热量的大小，此方案通过红外色谱热值分析仪检测各支路进料原料的热值，引入了原料热值作为支路流量的分配依据，采用热值和炉口出口温度协同控制各支路的进料流量，根据各支路原料的热值以及裂解炉总负荷分配各支路的进料流量，并通过支路出口温度补偿支路进料流量，最大限度的保证在裂解炉总负荷保持不变的情况下，各支路在裂解炉中的裂解深度一致，进而提高反应产物的产率和产率，并能保证裂解炉的稳定运行以及够延缓裂解炉的清焦周期。
附图说明
[0053]
图1为本发明所述乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制的流程示意图；
[0054]
图2为本发明实施例中裂解炉裂解工艺流程示意图；
[0055]
图3为本发明实施例中裂解炉流量进料均衡控制流程示意图。
具体实施方式
[0056]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
如图1所示，本发明所提供的一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法，包括如下步骤：
[0058]
步骤s1，通过上位机设置裂解炉的总进料负荷，控制器根据裂解炉设备参数以及裂解炉的总进料负荷计算出裂解炉的总进料流量并送至总进料流量控制器中；对裂解炉总进料负荷进行控制，保持裂解炉整体负荷稳定。
[0059]
步骤s2，总进料流量控制器根据裂解炉的总进料流量以及当前总进料流量反馈值，给出支路流量的调节量；根据裂解炉设备参数以及总进料流量反馈值自动调节裂解炉的进料流量。
[0060]
步骤s3，在总进料流量控制器中增加流量限幅功能对控制器的输出进行限制；根据工艺参数对总进料流量进行限幅设置，避免流量突变影响装置稳定。
[0061]
步骤s4，采用红外色谱热值分析仪测量不同支路进料原料的热值，根据支路热值和总流量计算出各支路的进料流量给定值；总进料流量、各支路的进料流量给定值以及支路流量热值满足以下函数关系：
[0062][0063]fvi
＝f
vi
(fq,qi)
[0064]
其中：fq为裂解炉的总进料流量，f
vi
为第i路的的支路流量给定值，fi为第i路流量映射函数，qi为第i路原料的热值；
[0065]
步骤s5，根据支路炉口出口温度以及炉口出口平均温度的差值及支路当前的实际流量，计算出支路进料补偿量；
[0066]
步骤s6，将支路流量给定值和支路补偿流量值相加并作为支路进料流量设定值送至支路进料控制器中；根据各支路炉口出口温度以及裂解炉的炉口出口平均温度对支路的流量设定值进行补偿。
[0067]
各支路流量补偿量满足以下函数关系：
[0068]fti
＝f
ti
(δti,f
acti
)
[0069]
其中：f
ti
为第i路的流量补偿值，
△
ti为第i路支路炉口出口温度与炉口出口平均温度的差值，f
acti
为第i路支路的实际流量值，f
ti
为第i路流量补偿函数；
[0070]
支路流量最终流量设定值f
qi
为总进料流量给定值和支路流量温度补偿值之和，即：
[0071]fqi
＝f
vi
f
ti
[0072]
步骤s7，支路流量控制器根据支路进料流量设定值和支路进料流量反馈值自动调节阀门动作，有利于裂解炉支路进料流量自动调节控制。
[0073]
本领域技术人员可以理解，本次方案设计基于6支路进料式裂解炉，在裂解炉进料流量一定的情况下，根据进料原料热值进行支路流量分配，在此基础上利用炉口出口温度补偿支路进料流量，最大限度的保证裂解炉内各支路的裂解进程一致。下面结合图2对裂解炉的裂解工艺进行说明。原料罐中的不同原料经进料泵送至各个支路中，之后和稀释蒸汽进行混合，待进料原料完全汽化后经对流段送至辐射段中，辐射段由加热装置升温至指定温度，混合后的原料在辐射段开始裂解反应，生成乙烯丙烯等裂解气。其中裂解炉的进料流量为6支路进料流量之和。
[0074]
本发明主要包含如下几部门：裂解炉进料总负荷调节方案，总流量限幅设置，支路流量分配方案，支路流量补偿方案，支路流量阀门自动控制方案。为了方便阐述，选择图2所示的6支路进料式裂解炉进行控制方案说明。
[0075]
裂解炉进料总负荷调节方案。在裂解炉生产过程中，通常用裂解炉的进料负荷替代裂解炉的进料流量。操作员通过上位机调整裂解炉的进料负荷，控制器根据裂解炉的设备参数计算出实际的进料总量。在下位机中设有总进料流量控制器用于动态调节总进料流量和进料流量反馈值之间的差值，其反馈值为各支路上流量调节阀的实际给定值之和，输出值为各支路上的支路流量给定值。
[0076]
总进料流量限幅设置，在总进料流量控制器中增加流量限幅功能对控制器的输出进行限制，其幅值可根据现场进料原料组分或者裂解工艺设置。
[0077]
支路流量分配，利用红外色谱热值分析仪测量不同支路进料原料的热值，之后根据支路热值和总流量计算出各支路的支路流量给定值，总进料流量、各支路的进料流量给定值以及支路流量热值满足以下函数关系：
[0078][0079]fvi
＝f
vi
(fq,qi)
[0080]
其中：fq为裂解炉的总进料流量，f
vi
为第i路的的支路流量给定值，fi为第i路流量映射函数，qi为第i路原料的热值。本方案中的热值检测可通过热值仪在线实时监测也可在每种原料进料前用热值仪检测一次，之后将检测的热值系数储存在上位机或者控制器中。函数形式可以为线性、多项式、指数或者对数形式，函数的未知参数根据工业装置实际运行数据或者理论模型共同确定。
[0081]
支路流量补偿，计算各支路炉口出口温度与炉口出口的平均温度的差值，根据二者之间的差值和支路当前的实际流量，计算支路的进料流量补偿量。各支路流量补偿量满足以下函数关系：
[0082]fti
＝f
ti
(δti,f
acti
)
[0083]
其中：f
ti
为第i路的流量补偿值，
△
ti为第i路支路炉口出口温度与炉口出口平均温度的差值，f
acti
为第i路支路的实际流量值，f
ti
为第i路流量补偿函数，函数形式可以为线性、多项式、指数或者对数形式，函数的未知参数根据工业装置实际运行数据或者理论模型共同确定。
[0084]
支路流量最终流量设定值f
qi
为总进料流量给定值和支路流量温度补偿值之和，即：
[0085]fqi
＝f
vi
f
ti
[0086]
支路流量阀门自动控制，支路阀门接受到流量设定值之后，通过流量仪检测实际流量，根据二者差值控制对应的阀门动作，形成pid闭环控制回路。
[0087]
本实施例中裂解炉进料流量均衡控制的整体方案，基于6路进料口的裂解炉如图3所示，但本方案的适用对象不仅限于6路进料口的裂解炉。本发明在实际使用中的具体实施方式如下：
[0088]
1、操作员通过上位机设置裂解炉的总进料负荷；
[0089]
2、控制器根据裂解炉设备参数以及裂解炉的总进料负荷计算出裂解炉的总进料流量并送至总进料流量控制器中；
[0090]
3、总进料流量控制器根据裂解炉的总进料流量以及当前总进料流量反馈值，给出支路流量的调节量；
[0091]
4、根据支路流量分配方案，结合支路的热值系数计算出各支路进料给定值；
[0092]
5、根据支路炉口出口温度以及炉口出口平均温度计算出支路进料补偿量；
[0093]
6、将支路流量给定值和支路补偿流量值相加并作为支路进料流量设定值送至支路进料控制器中；
[0094]
7、支路流量控制器根据支路进料流量设定值和支路进料流量反馈值自动调节阀门动作。
[0095]
本发明还提供一种乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制系统，各模块功能与方法对应，在此不再赘述。本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现所述的乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法。该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行实施例中乙烯裂解炉多路进料流量均衡控制方法过程中的步骤。
[0096]
本领域技术人员可以理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件的形式体现出来，该计算机软件存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器rom、随机存取存储器ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0097]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。