[發明專利]一種用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統和控制方法

有效

• 申請號: 201110330085.6
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN103074098A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 孫康;吳小英;李慶;吳瑾;劉瞻
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C10G9/24
• 分類號: C10G9/24;G05B13/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;王鳳桐

技術領域

本發明涉及自動控制領域，尤其涉及一種用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統和控制方法。

背景技術

在石油化工領域中，常用石油分餾產品作原料，通過采用比較高的溫度使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態烴和少量液態烴，來提供有機化工原料。圖1是現有蒸汽裂解反應裝置的示意結構圖，該蒸汽裂解反應裝置包括裂解爐1、急冷器2、第一水冷分離罐3、第二水冷分離罐4、冰冷分離罐5和分析儀6，裂解爐1又包括對流段和輻射段(均未示出)。圖1所示的蒸汽裂解反應裝置的蒸汽裂解工藝流程為：將裂解原料和作為稀釋劑的水送入裂解爐1的對流段中，兩者在對流段中混合并且混合物的溫度要達到橫跨溫度(即裂解原料經過對流段預熱而進入輻射段之前的溫度)；然后混合物進入裂解爐1的輻射段中進行裂解；裂解后的混合物之后通過急冷器2、第一水冷分離罐3、第二水冷分離罐4和冰冷分離罐5，并之后由分析儀6進行分析。

現有的蒸汽裂解反應裝置在對流段和輻射段中通常采用電阻爐進行加熱，并通過爐管上的熱電偶采集對流段和輻射段中的溫度，之后控制系統對采集到的溫度進行處理并根據處理結果來控制可控硅調壓器以實現對對流段和輻射段溫度的控制。現有的控制系統采用的是PID控制器。

但是，由于電阻爐爐溫控制的特點是時間常數大、慣性大、純滯后大，而且裂解爐內各段的溫度耦合影響強烈，所以導致在裂解爐的升溫階段的溫度波動劇烈。而如果通過使溫度設定值以小的斜率緩慢上升至給定溫度來減小溫度的波動幅度，則會大大增加實驗時間，而且溫度控制效果也不理想，溫度波動依然存在，如圖2所示；另一方面，由于原料的成分、流量會隨著不同的實驗要求而有所不同，從而導致在保溫階段進料時控制系統克服干擾的能力較差，溫度波動過大，溫度控制偏差超過±20℃，且穩定時間過長，根據原料的不同通常在20-30分鐘左右，嚴重影響了原料的分析質量，造成實驗原料的浪費，如圖3所示。

發明內容

本發明針對現有技術中裂解爐溫度控制系統的上述缺陷，提供了一種能夠克服上述缺陷的用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統和控制方法。

一種用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統，該控制系統包括溫度采集模塊和二自由度內模控制器，其中：

所述溫度采集模塊用于采集裂解爐的當前溫度并將采集到的當前溫度傳送給所述二自由度內模控制器；

所述二自由度內模控制器用于根據溫度設定值和所述裂解爐的當前溫度來調節所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。

本發明還提供一種用于控制裂解爐的反應溫度的控制方法，該方法包括：

采集裂解爐的當前溫度并將采集到的當前溫度傳送給二自由度內模控制器；

所述二自由度內模控制器根據溫度設定值和所述裂解爐的當前溫度來調節所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。

由于本發明采用了在設定值跟蹤性和擾動抑制性方面具有良好性能的二自由度內模控制器，所以根據本發明的控制系統和控制方法能夠實現對裂解爐溫度設定值的良好跟蹤并抑制擾動，能夠縮短溫度上升時間和穩定時間，縮短實驗時間。

附圖說明

圖1是現有蒸汽裂解反應裝置的示意結構圖；

圖2是采用現有技術的PID控制器對裂解爐升溫階段時的爐溫進行控制的控制效果圖；

圖3是采用現有技術的PID控制器對裂解爐保溫階段時的爐溫進行控制的控制效果圖；

圖4根據本發明的用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統的框圖；

圖5是根據本發明的二自由度內模控制器的結構圖；

圖6是根據本發明的裂解爐溫度傳遞函數的仿真結果與實際測量結果的比較圖；

圖7是根據本發明的二自由度內模控制器與常規的PID控制器的控制效果比較圖；

圖8是裂解爐升溫階段時根據本發明的二自由度內模控制器的控制效果圖；

圖9是裂解爐保溫階段時根據本發明的二自由度內模控制器的控制效果圖；

圖10是根據本發明的用于控制裂解爐的反應溫度的控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖來詳細描述根據本發明的用于控制裂解爐的反應溫度的控制系統和控制方法。