化工一廠H#裂解爐復雜控制方案分析

王 英 李 波 大慶石化信息技術中心，黑龍江省大慶市 163714

化工一廠H#裂解爐復雜控制方案分析

王 英 李 波 大慶石化信息技術中心，黑龍江省大慶市 163714

本文主要敘述了大慶石化公司化工一廠H#裂解爐改造后，控制系統特性和復雜控制方案介紹。利用復雜高效的控制原理，通過DCS控制系統實現了直觀、安全的工藝操作。

裂解爐；復雜控制

1 概述

H#裂解爐改造項目是裂解裝置全面改造的前期工程，改造的經驗將為后續裝置改造方案的制訂提供參考的直接數據，從設計思想、控制理念、開工程序以及性能測試，每一步的實施對后續工作都提供了寶貴的理論基礎和實踐經驗。

2 裝置特性

H#裂解爐擴能改造，采用荷蘭Technip德西尼布的專利技術及相應全套工藝設計包，對H#裂解爐進行全面改造，裝置高溫、高壓、控制及安全連鎖精度要求高，乙烯收率直接影響石化公司的經濟效益。

3 控制系統特性

H#裂解爐控制系統采用日本YOKOGAWA公司的CENTUM CS3000大型集散控制系統，該系統不僅具備應付各種復雜的連續過程和快速邏輯過程的控制要求，而且具備全局的系統數據庫。靈活使用的工具、豐富的控制運算算法、開放的系統工具軟件能滿足用戶的所有生產控制與管理的需求。

H#裂解爐在自動化控制上具有以下顯著特性：

先進的控制思想和控制理念、高度自動化；

復雜、高效的控制原理；

控制和停車措施的安全可靠 ；

數據實時掃描，控制周期1秒，邏輯刷新頻率0.5秒。

復雜化、程控化的控制思想折射出的是簡便的操作思維和方法，計算機的全自動化控制，使得人為因素的影響逐漸被剔除，實現了控制的高度集成化、高度自動化。為了進一步簡化操作，使之更加形象直觀，在操作站上除強化了系統的報警、趨勢等操作功能，同時也增加了連鎖跳車畫面、預報警指示畫面等，將現場和中控室內的信息緊密的結合，及時反饋給操作人員，以應對各種突發事件。

4 復雜控制方案

CENTUM CS3000系統具備高度的安全性和可靠性，并提供了強大的軟件組態功能。通過反復的甄別和篩選，我們選取了大量的功能模塊，包括：計算、選擇、設定、前饋、手控、邏輯、順控等，并進行了必要的組合和合理的優化，完成了以下復雜的控制方案，主要包括：

4.1 裂解爐進料控制

裂解爐進料由獨立的8個通道來完成，原料分液相進料和氣相進料，可根據生產情況人為切換。8路進料控制器，當全部流量控制器的進料流量以MAN方式達到30%或以上時,可依次將全部控制器選擇為AUTO方式,當全部進料通道流量控制器處于AUTO時,可以將8個進料控制器切換到串級CAS方式，即把8個控制器中的一個切為CAS方式后其他7個控制器自動切換到串級方式。當切換到串級時系統同時將自動更新裂解爐能力模塊的輸出值到當前各通道流量控制器設定點之和；當處于CAS方式后，進料能力將由裂解爐加工能力控制器來提高，（總的能力除以路數8來確定每一通道所要求的進料量，即每一通道進料流量控制器的設定點）操作人員要使用加工能力控制器來設置期望的總進料量，加工能力控制器人為設定能力后要通過限速器以496公斤/分鐘的速度來增加或減少，通過運算后的值來改變各進料控制器的設定值。

當溫度控制器沒投串級時，進料控制器的設定點隨HC1110H調整到能力給定后的計算值＋偏差（偏差＝投級動作產生時各進料控制器的實際設定值－計算所得的設定值，此偏差為投串級時的瞬時值，偏差為0為理想狀態，通常會有偏差，偏差越小越好），這時雖然進料控制器的設定值不等于能力給定后的計算值，但能力增加或減少，控制器的設定值也跟著增加或減少，只是相差一個進料控制器投串級時的偏差。

若把溫度控制器投串級，則此偏差在30分鐘內減小為0，即各進料控制器的設定值等于溫度控制器的輸出、總能力等計算后所得的期望的設定值。

4.2 爐管出口溫度控制

8路爐管都設有出口溫度控制，每路4個溫度指示的第二高溫度值作為爐管出口溫度控制器的輸入值，每一個控制器的輸出值用來調整所在支路的進料流量和蒸汽流量控制器的設定值，一般限制在正負1 0%。通過這種方式調整支路流量直到所有的出口溫度都相等。

爐管出口溫度控制器只有M A N和C A S兩種控制方式，而且如果要切換爐管出口溫度控制器為C A S方式，必須是進料流量及蒸汽流量控制器在串級方式CAS的情況，才可以切換溫度控制器為C A S，否則串級投不上。當溫度控制器投到CAS方式后，每一路控制器的設定值為C O T平均出口溫度，（每次投串級后設定值要在3 0分鐘才能跟蹤上C O T平均溫度，3 0分鐘后，溫度控制器的設定值就等于C O T平均溫度）。

如果進料流量控制器或蒸汽流量控制器有一組處于串級方式，爐管出口溫度控制器就被強制為MAN方式，輸出限制在50%；當進料及蒸汽都不在遠程方式時，出口溫度控制器被強制為MAN方式。因溫度控制器沒有自動方式，當溫度控制器方式由MAN向CAS轉換時，轉換順序為M A N→AUT→RCAS；當由CAS向MAN轉換時，轉換順序為RCAS→A U T→M A N。

4.3 稀釋蒸汽控制

稀釋蒸汽投用后，M A N方式使每通道去進料/DS混合點流量達到1.6噸/h,將稀釋蒸汽各通道流量控制器轉換為A U T方式控制。

總蒸汽/進料比率設定器， 設定器的PV值始終是實際的蒸汽/進料比率，當蒸汽或溫度、進料投串級時，設定器的M V值跟蹤到實際的蒸汽/進料比率的值。實際進料量、溫度控制器輸出及裂解能力計算結果二者進行高選后的結果，與設定器的M V值相乘后的結果作為所需要的蒸汽設定。當蒸汽控制器切換到C A S方式時，控制器當時的設定值與通過當時實際的蒸汽/進料比率計算的設定值之間會產生一個偏差（理想情況是偏差為0）。如果蒸汽投串級而溫度控制器沒有投串級方式，蒸汽控制器的設定值就同計算所需的蒸汽設定值之間有點偏差，計算所需值增加或減少，各路蒸汽控制器的設定隨之增加或減少；當溫度控制器投到串級時，這個偏差會在30分鐘減少為0，以后蒸汽控制器的設定即為計算所得值。

蒸汽/進料比率設定可由操作人員設定，是設定其MV值。因設定器的MV值參加后續的運算。人為設定蒸汽/進料比率，為避免波動幅度過大，用限速器限制其增減幅度，速度為0.01/分鐘。

設定器的MV值，當進料、蒸汽、溫度三組控制器有一組向串級切換時，它的MV值都會跟蹤它的PV值（即實際的蒸汽/進料比率）。

每一支路都配備有一個附加的蒸汽進料比率器，通過這些比率器允許操作者為單個支路增加蒸汽，這個功能在正常狀態下一般不使用，它一般用于運行末期。一般情況下，它們為1，并且它們的量程只在1～1.1之間。

5 結束語

H#裂解爐改造，是在原爐體構架基礎上，使得單爐生產能力由原來的4萬噸/年躍升到9.48萬噸/年，僅此一項就可為公司凈創造5.48萬噸/年的乙烯產量，每年經濟效益增長上千萬元。更為可喜的是，它的成功經驗，為今后裂解爐裝置的改造提供了范例，也為同類工程自動化控制的實施提供了有益的參考，其意義深遠而巨大。

[1]System Generation Function Manual. Yokogawa Electric Corporation

王英，女，計算機信息系統集成高級項目經理，國家二級注冊建造師。1990年畢業后一直在信息技術中心控制工程部從事石油化工生產裝置的過程控制方面的研究和應用工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.073