工業(yè)裂解爐自動投料控制系統(tǒng)模擬與仿真

蔣明敬 陸向東 趙 眾 陳德坤

（1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司；2.北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）

乙烯作為石油化工行業(yè)最重要的產(chǎn)物之一，是有機化工生產(chǎn)過程中的基礎(chǔ)，在全世界有著巨大的需求量和生產(chǎn)量， 乙烯產(chǎn)能也成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標［1］。 乙烯是有機化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料， 在石油化工生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位［2］。

在投料過程中需要控制好進料速度和出口溫度，并對裂解爐狀態(tài)進行監(jiān)控，以前投料主要靠操作工手動投料， 投料效果不理想且不穩(wěn)定，因此，在保證操作安全的情況下，如何盡可能地對投料過程進行優(yōu)化，降低能耗和生產(chǎn)成本，加快裂解爐的投料， 提高裝置生產(chǎn)操作管理水平等具有十分重大的研究意義和廣闊的發(fā)展空間［3］。筆者針對中石化鎮(zhèn)海煉化分公司烯烴部BA109 管式裂解爐的生產(chǎn)現(xiàn)狀、存在問題和需求，模擬并實現(xiàn)了裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)。 詳細描述了工業(yè)裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 控制策略和控制方案。 同時針對BA109 爐的自動投料需求，模擬了自動投料專家控制軟件。

1 自動投料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鎮(zhèn)海煉化采用了Honeywell PKS 控制系統(tǒng)，針對BA109 爐的自動投料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動投料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 工業(yè)裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)模擬

2.1 基于專家控制的自動投料系統(tǒng)

專家控制器主要由知識庫、推理機及控制決策等模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

專家控制器的模型可表示為：

U=f（E，K，I）

其中f 為智能算子。

用啟發(fā)式規(guī)則可表示為：

IF A THEN B

其中，A 為前提或條件；B 為結(jié)論，B 也可以是一個子規(guī)則集。 知識庫儲存經(jīng)歸納總結(jié)的工藝工程師、 儀表工程師和熟練操作人員的經(jīng)驗知識；推理機在系統(tǒng)運行時根據(jù)在線獲得的狀態(tài)特征在知識庫中進行匹配，從而得到改變參數(shù)的決策。 筆者選用適于描述因果關(guān)系和非線性關(guān)系的產(chǎn)生式規(guī)則作為控制器模型， 具體體現(xiàn)為 “前提—行動”組成的知識推理規(guī)則的集合。 這個規(guī)則集不僅包含經(jīng)驗，還包含系統(tǒng)運行規(guī)律和一些工藝的計算。

圖2 自動投料專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 自動投料專家控制系統(tǒng)模擬

基于圖2 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，模擬了基于DCS 順控邏輯的自動投料專家控制系統(tǒng)。 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)的功能是要實現(xiàn)裂解爐的自動投料，其過程包括啟動前檢查、COT（裂解爐出口溫度）要求判定、啟動自動投料啟發(fā)式規(guī)則、手動/自動切換，同時設(shè)置狀態(tài)顯示按鈕來表明投料過程所處狀態(tài)。 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)的主控操作界面和啟動檢查操作界面如圖3、4 所示，裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)部分投料規(guī)則界面如圖5、6 所示。

碳烴進料負荷自動自X1、X2 或X3 增至X4(X1～X4 為通過界面輸入的不同步驟分界的負荷值)的停止規(guī)則為：

a. 置第1～6 組碳烴原料進料閥控制器的控制模式01FIC09031.PIDA.MODE～01FIC09036.PIDA.MODE 為自動；

圖3 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)主控操作界面

圖4 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)啟動手動檢查操作界面

圖5 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)投料規(guī)則界面1

圖6 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)投料規(guī)則界面2

b. 同步設(shè)置第1～6 組碳烴原料進料閥設(shè)定值01FIC09031.PIDA.SP～01FIC09036.PIDA.SP，使進料負荷01FIC09000.DACA.PV 逐漸達到X4；

c. 同步調(diào)節(jié)底部燃料氣流量控制器的01FIC09081.PIDA.SP 值， 保 持 總COT 控 制 器01TIC09000.DACA.PV 在760～780℃（COT 串接控制前）；

d. 當01FIC09000.DACA.PV 值達到X4 時，提示“底部副燒點火開始”；

e. 當?shù)撞扛睙c火完畢， 內(nèi)操通過確認按鈕，確認底部副燒點火完畢；

f. 確認點火完畢后，總COT 控制器控制模式01TIC09000.PIDA.MODE 設(shè)為“自動”，和底部燃料氣流量串接控制， 并逐漸調(diào)整其01TIC09000.PIDA.SP 值至820℃；

g. 當01FIC09000.DACA.PV 的值達到28t/h時， 開始逐漸調(diào)減各組DS 流量控制閥的設(shè)定值至3 750kg/h；

h. 檢查進料負荷01FIC09000.DACA.PV 為X4， 各組DS 流量閥的設(shè)定值為3 750kg/h，COT控制器的設(shè)定值為820℃。

2.3 自動投料專家控制系統(tǒng)工作流程

自動投料專家控制系統(tǒng)工作流程如圖7 所示，紅線為終止操作。

圖7 裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)工作流程

3 結(jié)束語

針對中石化鎮(zhèn)海煉化分公司烯烴部BA109爐的生產(chǎn)現(xiàn)狀、存在問題和需求，模擬并實現(xiàn)了裂解爐自動投料專家控制系統(tǒng)，保證了非平穩(wěn)操作的安全性和操作一致性，為實現(xiàn)工業(yè)裂解爐的全工況自動化提供了一條新的有效途徑。