本发明属于流程工业生产技术领域，涉及一种裂解炉烽燧控制方法，该方法可以应用于流程工业生产装置中裂解炉的控制方案设计。
背景技术：
在石油化工生产中，裂解炉是影响目标产品收率和装置能耗的关键耗能设备，因此，裂解炉的高效平稳运行十分重要。的裂解炉的日常运行中，裂解炉炉出口温度的平稳控制一直是衡量裂解炉平稳运行的关键指标，且炉出口温度的平稳与否直接关系到下游急冷及分离单元的正常运行。通常，裂解炉采用燃料气或燃料油作为热源，通过调节燃料气量实现对炉出口温度平稳控制，但裂解炉出口温度往往受炉入口进料流量、进料温度及稀释蒸汽温度变化的影响，进而造成燃料气量的波动，不利于裂解炉乃至整个装置的提质增效和平稳运行。
为此，本发明提出一种全新理念的裂解炉控制方法，称为裂解炉烽燧控制方法。烽燧控制思想来自我国烽火台这一古代传递信息最快最有效的军事预警设施。在流程工业生产装置中，相互关联的工序间需要保证有序调节，当上游工序出现变化时，下游工序需要快速有效获取上游工序工况信息，及时做出相应的调节，实现上下游生产工艺间遥相呼应的一体化智能控制，预防下游工况调节不及时而影响装置的正常平稳生产。本发明将烽燧传递信号的思想引入到裂解炉的控制方案中来，依据炉进料流量、温度及稀释蒸汽温度等参数的实时运行变化信息，基于系统物料和能量的动、静态平衡思想，对裂解炉燃料气量进行智能动态有序调整，实现裂解炉的长期平稳运行。
技术实现要素：
本发明的目的在于设计了一种裂解炉烽燧控制方法，裂解炉的平稳运行对石油化工装置的节能增效具有重要影响，原料进入裂解炉中进行高温裂解，生成目标产品及副产品组分，裂解炉的运行好坏直接影响到最终目标产品的分布，且裂解炉的炉出口温度的平稳与否对后续的急冷、分离单元都有较大的影响。因此，裂解炉的高效平稳运行十分重要。在裂解炉的日常运行过程中，炉入口进料量、进料温度及稀释蒸汽温度的变化是裂解炉系统主要的干扰源，直接影响裂解炉的平稳运行。因此，本发明结合控制理论、计算机技术和化工工艺原理，基于系统物料和能量的动、静态平衡原理，提出一种裂解炉烽燧控制方法，具体如下。
本发明采用的技术方案为一种裂解炉烽燧控制方法，裂解炉烽燧控制结构图如图1所示，图中，fi_in为油料进料流量测量仪表；tc_in为炉入口油料温度测量仪表；ti_ds为稀释蒸汽的温度测量仪表；tc_cot为炉出口温度控制器；烽燧控制相关的运算处理在烽燧控制器中执行，最终输出到燃料气调节阀。
根据能量守恒原理，油料升温到炉出口工艺要求的温度所需要的热量和燃料气提供的热量相等，则有如下表达式，
q＝cm(tcot-tin)(1)
式中，q为油料升温所需提供的热量；c为油料比热容；m为油料质量流量稳态值；tcot为炉出口温度稳态值，即设定值；tin为炉入口油料温度稳态值。由于炉入口油料进料流量和温度是动态变化的，因此，燃料气提供的热量也需要同步变化，才能保证炉出口温度的平稳，则热量的动态计算公式如下：
其中，δq为热量变化量；δm为入口油料质量流量变化量，即流量变化量；δtin为入口油料温度变化量，油料的质量变化和温度变化量可由dcs实时采集数据计算得到。热量变化量如下所示：
δq＝cδm(tcot-tin)-cmδtin-cδmδtin(3)
可得热量相对稳态的变化量如下：
根据热量的变化信息对燃料气量进行动态协同调节，降低外来扰动对裂解炉的影响，实现裂解炉的平稳运行，裂解炉烽燧控制运算模块如图2所示。
tin、δtin、tds、δtds、m、δm、tc_cot.op均为裂解炉烽燧控制器的输入，bfc.op为裂解炉烽燧控制器的输出。
图中，tc_cot.op为裂解炉出口温度控制器的输出，bfc.op为最终烽燧控制输出，由于稀释蒸汽温度变化也会影响到裂解炉的正常运行，将稀释蒸汽温度参数也加入烽燧控制器的运算，tds为稀释蒸汽温度稳态值，δtds为稀释蒸汽温度动态变化量，烽燧控制输出运算如下所示。
其中，η为烽燧辅助系数；μ为烽燧速率系数，η和μ根据裂解炉实际运行情况选取。
本发明提出的裂解炉烽燧控制方法在装置dcs集散控制系统中可以直接实施，具体实施步骤如下：
s1、根据裂解炉上下游工艺单元的实际情况，确定影响裂解炉平稳运行的相关参数；
s2、根据裂解炉烽燧控制原理，在dcs集散控制系统中开发烽燧控制器模块，并在控制系统中下装调试；
s3、在调试过程中，根据裂解炉实际运行情况，适当选取烽燧辅助系数η和烽燧速率系数μ，以使裂解炉运行效果平稳。
本发明所涉及的裂解炉烽燧控制方法和传统的控制方法相比具有如下优点：
1、结合古代烽燧传递信息的原理，提出一种全新的裂解炉控制理念和方法，称为裂解炉烽燧控制方法，该方法将裂解炉进料量、进料温度及稀释蒸汽温度作为影响裂解炉正常运行的主要因素设计烽燧控制器，可有效减少裂解炉出口温度及燃料气量波动，提高裂解深度的控制精度，降低装置运行能耗。
2、裂解炉烽燧控制方法基于全系统物料和能量的动静态平衡思想，从全过程整体运行平稳的角度出发，综合裂解炉上下游各参数间的动态关系，快速有效获取上游工况信息并及时实施烽燧控制，实现裂解炉上下游生产工艺间遥相呼应的一体化智能控制。
附图说明
图1裂解炉烽燧控制结构图
图2裂解炉烽燧控制运算模块结构图
图3烽燧控制实施前裂解炉相关参数运行曲线
图4烽燧控制实施后裂解炉相关参数运行曲线
具体实施方式
针对本发明所提出的新方法，下面结合一个工业应用的实例予以说明。
某乙烯装置，装置外来的原料进入到裂解炉进行裂解，生成乙烯、丙烯、丁二烯以及其他副产品，裂解炉的运行水平直接决定了各产品的收率及装置的能耗。裂解炉示意图如图1所示，炉入口进料分别设有流量测量仪表fi_in、温度测量仪表ti_in和稀释蒸汽温度仪表ti_ds，实时测量裂解炉入口油料及蒸汽的变化情况，炉出口温度tc_cot通过燃料气阀调节。受裂解炉上游波动影响，裂解炉入口油料流量和温度也会频繁波动，进而影响到裂解炉出口温度，造成燃料气量的波动，同时也会影响到下游急冷单元的正常运行。为此，对该裂解炉实施本发明所提出的烽燧控制，减少裂解炉入口油料参数变化对裂解炉的影响。
裂解炉炉入口油料温度tin稳态值为38℃，裂解炉出口温度tout稳态值为825℃；入口质量流量m稳态值为35t/h；稀释蒸汽温度稳态值tds为235℃；烽燧辅助系数η取值0.25；烽燧速率系数μ取值0.86，入口油料质量流量变化量δm、温度变化量δtin及稀释蒸汽温度δtds变化量由控制系统实时采集。根据控制系统实时采集数据，按照本发明所阐述的烽燧控制方法在裂解炉上实施，具体实施在dcs集散控制系统中编程实现，实施前后相关变量运行曲线如图3和图4所示。
由图3、图4可见，裂解炉实施烽燧控制后，裂解炉出口温度及燃料气量运行平稳，效果明显优于实施前。