CN111019692A - 一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法 - Google Patents

一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法，包括：初始化及初始容许性工作检查，将裂解炉模式由热备模式切换到大阀自动切换模式，启动压差稳定状态判断逻辑，启动裂解气大阀的关闭动作，直至大阀压差PDZI达到第一设定值，停止关闭裂解气大阀；PDZI大阀压差达到第一设定值后，启动打开清焦气大阀动作；打开清焦气大阀一定阀位后，启动压差稳定状态判断逻辑，压差稳定后继续打开清焦气大阀，直至PDZI压差小于第二设定值，停止开启清焦气大阀；重复操作，直至裂解气大阀完全关闭/清焦气大阀完全开启。该方法自适应控制响应快、减少人工操作，有利于提高裂解炉模式切换过程的稳定性和压差的控制精度，降低了装置的安全风险。

Description

一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法
技术领域
本发明涉及一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法。
背景技术
乙烯工业是衡量一个国家石油化学工业的发展水平，一直以来被当做石油化工发展的标志。随着计算机应用技术和自动控制技术的不断发展，过程控制***是保证乙烯生产装置的安全高效运行的重要保障，其经济效益不仅单纯从乙烯生产过程的工艺设计和生产设备改造上获取，而且基于乙烯生产过程实行计算机控制和优化操作，综合应用化学工程技术、计算机程序和自动控制策略，充分发挥装置设备的内在潜力，以节能降耗、低成本消耗和高负荷生产获得较高的装置经济效益。
裂解炉为乙烯装置核心设备，能耗占乙烯装置总能耗65-70％之间，且大阀切换过程操作复杂，共包含正常裂解模式(裂解炉正常裂解状态)、热备模式(裂解炉蒸汽运行状态)、大阀自由切换(此状态下清焦大阀及裂解大阀可自由切换)、在线清焦(结合清焦风及稀释蒸汽进行除焦)4种模式，其通过判断裂解气大阀压差指示正常，缓慢关闭裂解气大阀一定的阀位开度，开始停止关闭，待压差指示稳定后继续关闭，每次关闭不得超过一定开度，待压差指示到50kPa后开始打开清焦气大阀，开阀速度每次也不得大于一定开度，待压差开始降低至40KPa后停止打开清焦气大阀，此时继续缓慢关闭裂解气大阀，直至维持此操作至裂解气大阀全关闭，清焦气完全打开。此过程对人员操作技术要求严格，且风险性高，目前还没有相关控制技术的研发；其次裂解炉的平稳操作对操作人员需求量大，需要操作人员对关键参数进行持续关注，操作容错率低；同时不同人员对操作关键参数的经验不一，操作带来的设备本体冲击大，容易引起裂解炉操作带来的下游压缩、分离***波动。
针对这些情况，本发明采用一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法，填补裂解炉大阀切换控制技术的空白，将裂解炉操作过程明确化、固定化，并结合装置人员的操作经验进行控制优化，进一步提升裂解工序自控水平、降低装置人员误操作风险，弥补岗位人员不足，保障装置顺利开车及平稳运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乙烯裂解炉大阀自动切换自动控制的方法，旨在实现裂解炉模式切换过程的自动化控制，同时通过稳定阀门切换过程的压差匹配策略，可针对某一具体化工过程实现阀门-压力自适应调节。
根据本发明，提供一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法，其中，来自乙烯裂解炉出口的裂解气管道连接急冷器进口，急冷器出口管道分为两路，一路去往急冷水塔，另一路连接炉膛，该两路管道上分别设有裂解气大阀和清焦气大阀，在急冷器出口管道分为两路之前的管道上设有压差表PDZI，以压差表PDZI压差显示值为被控对象，裂解气大阀及清焦气大阀为执行器，并基于移动窗时间策略实时监测被控压差，实现裂解大阀/清焦大阀的定阀位稳定控制，该方法包括以下步骤：
(1)初始化及初始容许性工作检查，利用对信号/逻辑的判断确保裂解气大阀/清焦气大阀状态处于热备模式初始状态，即，裂解气大阀处于全开状态，清焦气大阀状态处于全关状态；
(2)将裂解炉模式由热备模式切换到大阀自动切换模式，检测到大阀自动切换模式状态反馈参数后，基于DCS发出裂解气大阀关闭命令，同时并行启动裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，当裂解气大阀关闭至阀位非线性变化区域的控制要求之外，停止裂解气大阀动作及大阀焦粒卡涩故障监测；
(3)启动压差稳定状态判断逻辑，首先读取当前压差值作为离线值，通过与一段时间后的实时压差值进行监测，当移动窗时间(例如60秒)内的两者差值小于5KPa视为压差稳定，可进一步关闭裂解气大阀，循环执行压差稳定状态判断逻辑，直至压差稳定；
(4)启动裂解气大阀的关闭动作，并基于移动窗时间内的阀位变化检测进行裂解气大阀焦粒卡涩故障的自动处理，直至大阀压差PDZI达到第一设定值(例如45-55kPa，进一步例如50kPa)，停止关闭裂解气大阀。
(5)PDZI大阀压差达到第一设定值后，启动打开清焦气大阀动作，同时并行启动清焦气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑(监测清焦气大阀一段时间的阀位变化)；打开清焦气大阀一定阀位后，如步骤(3)所述启动压差稳定状态判断逻辑，压差稳定后继续打开清焦气大阀，直至PDZI压差小于第二设定值(例如35-45kPa，进一步约40kPa)，停止开启清焦气大阀。
(6)继续关闭裂解气大阀动作以憋压至第一设定值，然后打开清焦气大阀以降压至第二设定值，直至裂解气大阀完全关闭/清焦气大阀完全开启，达到清焦模式状态，大阀切换自动控制程序结束，***可执行清焦操作。
进一步地，裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑包括检测一定时间内的裂解气大阀阀位变化幅度，阀位变化幅度过小可认为阀门焦粒卡涩，此时停止关闭裂解气大阀动作，并提醒操作人员。
进一步地，在步骤(1)中，在热备模式至清焦模式切换过程中使用条件判断块进行模式监测，确认模式切换过程涉及的炉膛COT(裂解炉出口温度)、稀释蒸汽流量处于模式允许范围内。
进一步地，步骤(1)中，对工艺变量及状态变量进行初始容许性工作检查，程序变量满足一定时间的默认状态及参数自检后下行，任意条件不满足均能立即发出报警，且逻辑启动前再次确认相关联锁状态，不满足条件立即退出逻辑控制，保证了人为干预的灵活性。
进一步地，在关闭裂解气大阀升压至第一设定值(例如50kPa)，以及开启清焦气大阀降压至第二设定值(例如40kPa)循环动作逻辑中，进行压差异常实时监测报警，通过构建大阀阀位限位控制策略，超出当前工艺状态的阀位限定值自动退出逻辑控制，及时提醒内操采取应对措施。
控制方法中具有阀位远传信号误差处理控制策略，其以裂解气大阀关到位信号及清焦气大阀开到位信号代替变送信号为下行条件，在关闭裂解气大阀及开启清焦气大阀过程中，控制逻辑对阀位信号进行循环检测，直至动作阀位满足控制需求。
本专利具有以下创造性和突出成果：
针对乙烯裂解炉大阀切换操作过程技术复杂、风险性高、操作带来的设备本体冲击大及后***波动问题，且目前还没有相关控制技术的研发，本专利设计开发了一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法，进一步填补乙烯裂解炉大阀切换控制技术的空白。该方法通过构建“定阀位关闭、稳压差”控制策略、大阀阀位限位控制策略、阀位远传信号误差处理控制策略等方法，结合重要参数显示、关键参数设置、清焦气大阀/裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑等功能，实现自适应控制大阀、急冷水塔、燃烧室的压差匹配控制，可以提高裂解炉大阀切换过程中的稳定性，代替操作人员对关键参数进行实时监测，降低人员操作强度，提高容错率，减少人员操作带来的失误；同时缓解人工经验操作带来的设备本体冲击，以最小程度地减少后***波动，满足生产操作的工艺平稳性及设备完整性需求。
附图说明
图1为乙烯裂解炉大阀切换装置示意图；
图2为乙烯裂解炉大阀自动切出控制方法示意图(一)；
图3为乙烯裂解炉大阀自动切出控制方法示意图(二)；
图4为裂解炉大阀自动切换控制SFC程序示意图。
图2及图3是乙烯裂解炉大阀自动切换控制方法的示意图，其中图中“MODE”、“CM％”、“DM％”、“PDZT”分别为操作盘远程信号显示、裂解气大阀阀位显示、清焦气大阀阀位显示、压差表显示；①为模式状态监测逻辑，②为裂解气大阀焦粒卡涩故障监测，③为压差稳定判断逻辑，④为清焦气大阀焦粒卡涩故障监测，⑤为裂解气大阀清焦气大阀开关到位信号检测。图4是裂解炉大阀自动切换控制具体实施过程的SFC程序示意框图，DCS执行，其中矩形框为执行动作，“十”为转移条件检测逻辑，双线表示并行操作。
具体实施方式
以下结合附图来进一步说明本发明。
如图1所示，一种乙烯裂解炉大阀自动切换装置，其中，来自乙烯裂解炉出口的裂解气管道连接急冷器1进口，急冷器出口管道分为两路，一路去往急冷水塔，另一路连接炉膛，该两路管道上分别设有裂解气大阀3和清焦气大阀4，在急冷器出口管道分为两路之前的管道上设有PDZI压差表2，裂解气大阀3、清焦气大阀4、PDZI压差表2均与控制***DCS通信联络，以压差表PDZI压差显示值为被控对象，裂解气大阀及清焦气大阀为执行器，并基于移动窗时间策略实时监测被控压差，实现裂解大阀/清焦大阀的定阀位稳定控制。
如图2-4所示，乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法包括以下步骤：
(1)初始化及初始容许性工作检查，利用对信号/逻辑的判断确保裂解气大阀/清焦气大阀状态处于热备模式初始状态，即，裂解气大阀处于全开状态，清焦气大阀状态处于全关状态，基于DCS，将炉膛COT(裂解炉出口温度)、稀释蒸汽流量等工艺参数置于一定的上下限范围内，并根据DCS程序确认裂解炉模式在大阀自由切换模式位置，并实时监测操作盘当前信号(“MODE”为监测信号)，如图2中的①所示；
(2)如图2中的②所示，将裂解炉模式由热备模式切换到大阀自动切换模式，检测到大阀自动切换模式状态反馈参数后，基于DCS发出裂解气大阀关闭命令，同时并行启动裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，当裂解气大阀关闭至阀位非线性变化区域的控制要求之外，停止裂解气大阀动作及大阀焦粒卡涩故障监测，为克服大阀压差之间的非线性变化影响，进行首次关闭阀位限位策略，如M％参数为后台可写的裂解气大阀首次关闭阀位；
(3)启动压差稳定状态判断逻辑，首先读取当前压差值作为离线值，通过与一段时间后的实时压差值进行监测，当移动窗时间(60秒)内的两者差值小于PDZT1kPa(5kPa)视为压差稳定，可进一步关闭裂解气大阀，循环执行压差稳定状态判断逻辑，直至压差稳定；裂解气大阀关闭过程实施“定阀位关闭、稳压差”的控制策略，通过关闭裂解气大阀X％阀位，实时检测急冷水塔出口压力与传送线压差变化情况(小于(PDZT1)kPa)，进行压差稳定处理逻辑，如图2中的③所示。
(4)启动裂解气大阀的关闭动作，并基于移动窗时间内的阀位变化检测进行裂解气大阀焦粒卡涩故障的自动处理，直至大阀压差PDZI达到第一设定值50kPa，停止关闭裂解气大阀。
(5)PDZI大阀压差达到第一设定值后，启动打开清焦气大阀动作(如图3的④所示)，同时并行启动清焦气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑(监测清焦气大阀一段时间的阀位变化)；打开清焦气大阀一定阀位后，如步骤(3)所述启动压差稳定状态判断逻辑，压差稳定后继续打开清焦气大阀，直至PDZI压差小于第二设定值(例如35-45kPa，进一步约40kPa)，停止开启清焦气大阀。同样实施“定阀位关闭、稳压差”的控制策略，进行压差稳定判断处理逻辑(同③)，直至压差降低至40kPa，再重复执行步骤(3)，通过控制关闭裂解气大阀/打开清焦气大阀动作，使压差在(40-50)kPa之间，直至裂解气大阀关到位后完分次打开清焦气大阀，如⑤所示。
(6)再重复执行步骤(3)，通过控制关闭裂解气大阀/打开清焦气大阀动作，使压差在(40-50)kPa之间，直至裂解气大阀关到位后完分次打开清焦气大阀，如⑤所示，达到清焦模式状态，大阀切换自动控制程序结束，***可执行清焦操作。
本发明以DCS后台组态SFC逻辑的实现，如图4所示，且每一个执行动作执行逻辑执行完毕持续时间决策(如判断执行动作完成转移条件的持续3秒检测，不进行脉冲信号1秒检测)，消除DCS信号误差的瞬时判断影响。
实施案例1
以某工厂100万t/h乙烯裂解炉大阀切换控制过程为例，步骤如下：
(1)首先进行初始化及初始容许性工作检查，使裂解气大阀等相关阀门处于正常工作状态，同时将炉膛COT、稀释蒸汽流量、炉负压、炉SS温度、大阀压差、大阀防焦蒸汽压力参数处于工艺要求范围内，并确认相关盲板、根部阀公用工程的准备状态；
(2)将裂解炉模式由热备模式切换到大阀自动切换模式，检测到大阀自动切换模式状态反馈参数后，基于DCS发出裂解气大阀关闭命令，同时并行启动裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，当裂解气大阀关闭至70％(后台可写参数)，停止裂解气大阀动作及大阀焦粒卡涩故障监测，并等待300秒(后台可写参数)；
(3)启动压差稳定状态判断逻辑，首先读取60秒前压差值PDZT0作为离线值，并通过读取当前实时压差值PDZT.PV，当|PDZT.PV-PDZT0|＞5KPa时，关闭裂解气大阀X％阀位；当|PDZT.PV-PDZT0|≤5KPa时，不再关闭裂解气大阀阀位。
(4)读取当前压差表压差值PDZT.PV，当PDZT.PV＜50kPa时，继续关闭裂解气大阀X％阀位以及启动裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，然后进行如步骤(3)所述的压差稳定状态判断逻辑，直至大阀压差PDZT.PV＞＝50kPa，停止关闭裂解气大阀以及停止执行压差稳定处理逻辑。
(5)打开清焦气大阀Y％阀位，同时并行启动清焦气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，然后进行压差稳定状态判断逻辑，压差稳定后(60秒内的压差值小于5kPa)继续打开清焦气大阀，直至大阀压差PDZT.PV＜40kPa，停止开启清焦气大阀。
(6)再重复执行步骤(3)-(5)，通过控制关闭裂解气大阀X％/打开清焦气大阀Y％动作，使压差在(40-50)kPa之间，直至读取到裂解气大阀关到位信号，然后分5次(后台参数可写)打开清焦气大阀，此时裂解气大阀完全关闭至0％，清焦气大阀完全打开至100％，达到清焦模式状态，裂解炉大阀切换自动控制程序结束。

Claims (6)

1.一种乙烯裂解炉大阀切换自动控制的方法，其中，来自乙烯裂解炉出口的裂解气管道连接急冷器进口，急冷器出口管道分为两路，一路去往急冷水塔，另一路连接炉膛，该两路管道上分别设有裂解气大阀和清焦气大阀，在急冷器出口管道分为两路之前的管道上设有压差表PDZI，以压差表PDZI压差显示值为被控对象，裂解气大阀及清焦气大阀为执行器，并基于移动窗时间策略实时监测被控压差，实现裂解大阀/清焦大阀的定阀位稳定控制，该方法包括以下步骤：
(1)初始化及初始容许性工作检查，利用对信号/逻辑的判断确保裂解气大阀/清焦气大阀状态处于热备模式初始状态；
(2)将裂解炉模式由热备模式切换到大阀自动切换模式，检测到大阀自动切换模式状态反馈参数后，基于DCS发出裂解气大阀关闭命令，同时并行启动裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑，当裂解气大阀关闭至阀位非线性变化区域的控制要求之外，停止裂解气大阀动作及大阀焦粒卡涩故障监测；
(3)启动压差稳定状态判断逻辑，首先读取当前压差值作为离线值，通过与一段时间后的实时压差值进行监测，当移动窗时间内的两者差值小于5KPa视为压差稳定，可进一步关闭裂解气大阀，循环执行压差稳定状态判断逻辑，直至压差稳定；
(4)启动裂解气大阀的关闭动作，并基于移动窗时间内的阀位变化检测进行裂解气大阀焦粒卡涩故障的自动处理，直至大阀压差PDZI达到第一设定值(例如45-55kPa，进一步例如50kPa)，停止关闭裂解气大阀；
(5)PDZI大阀压差达到第一设定值后，启动打开清焦气大阀动作，同时并行启动清焦气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑；打开清焦气大阀一定阀位后，如步骤(3)所述启动压差稳定状态判断逻辑，压差稳定后继续打开清焦气大阀，直至PDZI压差小于第二设定值(例如35-45kPa，进一步约40kPa)，停止开启清焦气大阀；
(6)继续关闭裂解气大阀动作以憋压至第一设定值，然后打开清焦气大阀以降压至第二设定值，直至裂解气大阀完全关闭/清焦气大阀完全开启，达到清焦模式状态，大阀切换自动控制程序结束，***可执行清焦操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，裂解气大阀焦粒卡涩故障自动处理逻辑包括检测一定时间内的裂解气大阀阀位变化幅度，阀位变化幅度过小可认为阀门焦粒卡涩，此时停止关闭裂解气大阀动作，并提醒操作人员。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在热备模式至清焦模式切换过程中使用条件判断块进行模式监测，确认模式切换过程涉及的炉膛COT(裂解炉出口温度)、稀释蒸汽流量处于模式允许范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，对工艺变量及状态变量进行初始容许性工作检查，程序变量满足一定时间的默认状态及参数自检后下行，任意条件不满足均能立即发出报警，且逻辑启动前再次确认相关联锁状态，不满足条件立即退出逻辑控制，保证了人为干预的灵活性。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：裂解气大阀开始动作后，具有大阀焦粒卡涩故障监测逻辑，并通过“定阀位关闭、稳压差”的方式进行控制，其中稳压差计时过程具有强制下行设计，进一步节省程序运行时间；其次，操作人员可基于DCS大阀阀位及压差远传信号实时监测。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在关闭裂解气大阀升压至第一设定值(例如50kPa)，以及开启清焦气大阀降压至第二设定值(例如40kPa)循环动作逻辑中，进行压差异常实时监测报警，通过构建大阀阀位限位控制策略，超出当前工艺状态的阀位限定值自动退出逻辑控制，及时提醒内操采取应对措施。
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