摘要
乙烯是最重要的化工原料之一，其生产能力可用于衡量石油化工水平。目前大部分乙烯是由蒸汽裂解法生产的，蒸汽裂解法生产乙烯时，由于二次反应的存在会使得裂解炉内壁附着一层焦炭，导致裂解炉热阻上升，乙烯产能下降，甚至威胁生产安全。因此每过一段时间就需要进行清焦操作，而清焦前后伴随着退料与投料过程。清焦常用方法为蒸汽-空气烧焦法，烧焦、投料、退料过程分为数十步，操作人员操作时裂解炉可能不平稳，因此称为非平稳操作过程，此时炉管出口温度（COT）的统计参数随时间变化。 由于蒸汽-空气法烧焦过程裂解炉内发生的反应为放热反应，存在飞温的风险，因此COT的控制为烧焦过程的核心。目前工业上通过串级PID燃料气控制回路对多组炉管COT均值进行控制，而裂解炉一般拥有数十根炉管，仅对COT均值进行控制导致烧焦过程COT分布有时较为分散，COT较高的单根炉管使用寿命降低，甚至被烧穿。一旦出现这种情况就需要暂停烧焦直到所有炉管COT在安全范围内，因此对烧焦过程COT分布控制尤为重要。投料与退料过程的COT分布控制也同样重要，投料与退料过程中如果COT分布较为分散导致某根炉管温度较高且原料流量较低会出现过裂解现象，大大缩短生产时间，而炉管温度较低且原料流量较高会使得炉管堵塞，因此一旦出现COT分散导致COT偏差较大就需要暂停投料或退料。只有控制COT分布集中烧焦、投料、退料过程才能平稳进行。 对于烧焦过程COT分布控制问题，本文使用概率密度函数（PDF）描述COT分布，采用小波神经网络逼近PDF获得权值，以权值为状态变量建立COT分布模型。将烧焦过程分为四个阶段并对各阶段建立线性模型后发现可将烧焦过程COT分布模型结构看作非线性静态、线性动态，建立烧焦过程COT分布的Hammerstein模型，采用MVC3方法设计控制器，加入约束后使用LMI求解控制器，通过工业数据仿真后验证了控制器的可行性和有效性，并在某炼化乙烯裂解炉上投用测试。 在COT分布控制方面，将投料与退料过程的视为一个过程即投退料过程。针对投退料过程的COT分布变化，使用COT分布PDF的有理平方根模型进行表述。建立投退料过程COT分布的Hammerstein模型，提出一种投退料过程COT分布的最小熵控制方法，使得COT的熵最小。使用工业数据进行仿真，仿真结果验证了该控制方法的有效性。 本文为乙烯裂解炉非平稳操作过程的COT分布提出了建模与控制方法，并针对中石化某炼化企业开发了针对烧焦、投料、退料过程的裂解炉非平稳操作过程控制系统，与裂解过程先进控制系统相结合，实现了乙烯生产全周期的自动化。
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