王 英 李 波 大慶石化信息技術(shù)中心，黑龍江省大慶市 163714

化工一廠H#裂解爐復(fù)雜控制方案分析

王 英 李 波 大慶石化信息技術(shù)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(tǒng)特性和復(fù)雜控制方案介紹。利用復(fù)雜高效的控制原理，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直觀、安全的工藝操作。

裂解爐；復(fù)雜控制

1 概述

H#裂解爐改造項(xiàng)目是裂解裝置全面改造的前期工程，改造的經(jīng)驗(yàn)將為后續(xù)裝置改造方案的制訂提供參考的直接數(shù)據(jù)，從設(shè)計(jì)思想、控制理念、開(kāi)工程序以及性能測(cè)試，每一步的實(shí)施對(duì)后續(xù)工作都提供了寶貴的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 裝置特性

H#裂解爐擴(kuò)能改造，采用荷蘭Technip德西尼布的專利技術(shù)及相應(yīng)全套工藝設(shè)計(jì)包，對(duì)H#裂解爐進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益。

3 控制系統(tǒng)特性

H#裂解爐控制系統(tǒng)采用日本YOKOGAWA公司的CENTUM CS3000大型集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具備應(yīng)付各種復(fù)雜的連續(xù)過(guò)程和快速邏輯過(guò)程的控制要求，而且具備全局的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。靈活使用的工具、豐富的控制運(yùn)算算法、開(kāi)放的系統(tǒng)工具軟件能滿足用戶的所有生產(chǎn)控制與管理的需求。

H#裂解爐在自動(dòng)化控制上具有以下顯著特性：

先進(jìn)的控制思想和控制理念、高度自動(dòng)化；

復(fù)雜、高效的控制原理；

控制和停車措施的安全可靠 ；

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)掃描，控制周期1秒，邏輯刷新頻率0.5秒。

復(fù)雜化、程控化的控制思想折射出的是簡(jiǎn)便的操作思維和方法，計(jì)算機(jī)的全自動(dòng)化控制，使得人為因素的影響逐漸被剔除，實(shí)現(xiàn)了控制的高度集成化、高度自動(dòng)化。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作，使之更加形象直觀，在操作站上除強(qiáng)化了系統(tǒng)的報(bào)警、趨勢(shì)等操作功能，同時(shí)也增加了連鎖跳車畫(huà)面、預(yù)報(bào)警指示畫(huà)面等，將現(xiàn)場(chǎng)和中控室內(nèi)的信息緊密的結(jié)合，及時(shí)反饋給操作人員，以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件。

4 復(fù)雜控制方案

CENTUM CS3000系統(tǒng)具備高度的安全性和可靠性，并提供了強(qiáng)大的軟件組態(tài)功能。通過(guò)反復(fù)的甄別和篩選，我們選取了大量的功能模塊，包括：計(jì)算、選擇、設(shè)定、前饋、手控、邏輯、順控等，并進(jìn)行了必要的組合和合理的優(yōu)化，完成了以下復(fù)雜的控制方案，主要包括：

4.1 裂解爐進(jìn)料控制

裂解爐進(jìn)料由獨(dú)立的8個(gè)通道來(lái)完成，原料分液相進(jìn)料和氣相進(jìn)料，可根據(jù)生產(chǎn)情況人為切換。8路進(jìn)料控制器，當(dāng)全部流量控制器的進(jìn)料流量以MAN方式達(dá)到30%或以上時(shí),可依次將全部控制器選擇為AUTO方式,當(dāng)全部進(jìn)料通道流量控制器處于AUTO時(shí),可以將8個(gè)進(jìn)料控制器切換到串級(jí)CAS方式，即把8個(gè)控制器中的一個(gè)切為CAS方式后其他7個(gè)控制器自動(dòng)切換到串級(jí)方式。當(dāng)切換到串級(jí)時(shí)系統(tǒng)同時(shí)將自動(dòng)更新裂解爐能力模塊的輸出值到當(dāng)前各通道流量控制器設(shè)定點(diǎn)之和；當(dāng)處于CAS方式后，進(jìn)料能力將由裂解爐加工能力控制器來(lái)提高，（總的能力除以路數(shù)8來(lái)確定每一通道所要求的進(jìn)料量，即每一通道進(jìn)料流量控制器的設(shè)定點(diǎn)）操作人員要使用加工能力控制器來(lái)設(shè)置期望的總進(jìn)料量，加工能力控制器人為設(shè)定能力后要通過(guò)限速器以496公斤/分鐘的速度來(lái)增加或減少，通過(guò)運(yùn)算后的值來(lái)改變各進(jìn)料控制器的設(shè)定值。

當(dāng)溫度控制器沒(méi)投串級(jí)時(shí)，進(jìn)料控制器的設(shè)定點(diǎn)隨HC1110H調(diào)整到能力給定后的計(jì)算值＋偏差（偏差＝投級(jí)動(dòng)作產(chǎn)生時(shí)各進(jìn)料控制器的實(shí)際設(shè)定值－計(jì)算所得的設(shè)定值，此偏差為投串級(jí)時(shí)的瞬時(shí)值，偏差為0為理想狀態(tài)，通常會(huì)有偏差，偏差越小越好），這時(shí)雖然進(jìn)料控制器的設(shè)定值不等于能力給定后的計(jì)算值，但能力增加或減少，控制器的設(shè)定值也跟著增加或減少，只是相差一個(gè)進(jìn)料控制器投串級(jí)時(shí)的偏差。

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

4.2 爐管出口溫度控制

8路爐管都設(shè)有出口溫度控制，每路4個(gè)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(gè)控制器的輸出值用來(lái)調(diào)整所在支路的進(jìn)料流量和蒸汽流量控制器的設(shè)定值，一般限制在正負(fù)1 0%。通過(guò)這種方式調(diào)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(jìn)料流量及蒸汽流量控制器在串級(jí)方式CAS的情況，才可以切換溫度控制器為C A S，否則串級(jí)投不上。當(dāng)溫度控制器投到CAS方式后，每一路控制器的設(shè)定值為C O T平均出口溫度，（每次投串級(jí)后設(shè)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(shè)定值就等于C O T平均溫度）。

如果進(jìn)料流量控制器或蒸汽流量控制器有一組處于串級(jí)方式，爐管出口溫度控制器就被強(qiáng)制為MAN方式，輸出限制在50%；當(dāng)進(jìn)料及蒸汽都不在遠(yuǎn)程方式時(shí)，出口溫度控制器被強(qiáng)制為MAN方式。因溫度控制器沒(méi)有自動(dòng)方式，當(dāng)溫度控制器方式由MAN向CAS轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換順序?yàn)镸 A N→AUT→RCAS；當(dāng)由CAS向MAN轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換順序?yàn)镽CAS→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(jìn)料/DS混合點(diǎn)流量達(dá)到1.6噸/h,將稀釋蒸汽各通道流量控制器轉(zhuǎn)換為A U T方式控制。

總蒸汽/進(jìn)料比率設(shè)定器， 設(shè)定器的PV值始終是實(shí)際的蒸汽/進(jìn)料比率，當(dāng)蒸汽或溫度、進(jìn)料投串級(jí)時(shí)，設(shè)定器的M V值跟蹤到實(shí)際的蒸汽/進(jìn)料比率的值。實(shí)際進(jìn)料量、溫度控制器輸出及裂解能力計(jì)算結(jié)果二者進(jìn)行高選后的結(jié)果，與設(shè)定器的M V值相乘后的結(jié)果作為所需要的蒸汽設(shè)定。當(dāng)蒸汽控制器切換到C A S方式時(shí)，控制器當(dāng)時(shí)的設(shè)定值與通過(guò)當(dāng)時(shí)實(shí)際的蒸汽/進(jìn)料比率計(jì)算的設(shè)定值之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏差（理想情況是偏差為0）。如果蒸汽投串級(jí)而溫度控制器沒(méi)有投串級(jí)方式，蒸汽控制器的設(shè)定值就同計(jì)算所需的蒸汽設(shè)定值之間有點(diǎn)偏差，計(jì)算所需值增加或減少，各路蒸汽控制器的設(shè)定隨之增加或減少；當(dāng)溫度控制器投到串級(jí)時(shí)，這個(gè)偏差會(huì)在30分鐘減少為0，以后蒸汽控制器的設(shè)定即為計(jì)算所得值。

蒸汽/進(jìn)料比率設(shè)定可由操作人員設(shè)定，是設(shè)定其MV值。因設(shè)定器的MV值參加后續(xù)的運(yùn)算。人為設(shè)定蒸汽/進(jìn)料比率，為避免波動(dòng)幅度過(guò)大，用限速器限制其增減幅度，速度為0.01/分鐘。

設(shè)定器的MV值，當(dāng)進(jìn)料、蒸汽、溫度三組控制器有一組向串級(jí)切換時(shí)，它的MV值都會(huì)跟蹤它的PV值（即實(shí)際的蒸汽/進(jìn)料比率）。

每一支路都配備有一個(gè)附加的蒸汽進(jìn)料比率器，通過(guò)這些比率器允許操作者為單個(gè)支路增加蒸汽，這個(gè)功能在正常狀態(tài)下一般不使用，它一般用于運(yùn)行末期。一般情況下，它們?yōu)?，并且它們的量程只在1～1.1之間。

5 結(jié)束語(yǔ)

H#裂解爐改造，是在原爐體構(gòu)架基礎(chǔ)上，使得單爐生產(chǎn)能力由原來(lái)的4萬(wàn)噸/年躍升到9.48萬(wàn)噸/年，僅此一項(xiàng)就可為公司凈創(chuàng)造5.48萬(wàn)噸/年的乙烯產(chǎn)量，每年經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)上千萬(wàn)元。更為可喜的是，它的成功經(jīng)驗(yàn)，為今后裂解爐裝置的改造提供了范例，也為同類工程自動(dòng)化控制的實(shí)施提供了有益的參考，其意義深遠(yuǎn)而巨大。

[1]System Generation Function Manual. Yokogawa Electric Corporation

王英，女，計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理，國(guó)家二級(jí)注冊(cè)建造師。1990年畢業(yè)后一直在信息技術(shù)中心控制工程部從事石油化工生產(chǎn)裝置的過(guò)程控制方面的研究和應(yīng)用工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.073