Способ автоматического управления пуском многопоточной пиролизной печи

) С 10 С 9/ 507/ И Цель изобретения производительност продуктам на един мого сырья. На фи зации пр фиг, 2 -му соувеличение чи по целевыму перерабатыва спо ени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 4 НТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР А АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР Р 881111, кл, С 10 6 9/20, 1979,Авторское свидетельство СССР 9 1344776, кл, С 1 О С 9/20, 1986. .(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ,НИЯ ПУСКОМ МНОГОПОТОЧНОЙ ПИРОЛИЗНОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к способамуправления процессом пиролиза напредприятиях химической и нефтехимической промьппленностии позволяет увеличить производительность печи поцелевым продуктам на единицу переработанного сырья. Способ осуществляется путем измерения и регулированияподачи сырья и пара в змеевики печии температуры пирогаза на выходе змеевиков в зависимости от факторовидентичности процессов получения пиИзобретение относится к автомати ческому управлению процессом пироли за углеводородного сырья в многопоточных трубчатых печах в производст ве олефинов большой и средней единичной мощности и может быть испол зовано в химической и нефтехимической промышленности для управления пусковыми режимами пиролизных печей рогаза в пирозмеевиках и его охлаждения в закалочно-испарительных аппаратах, определяемых для процессов получения пирогаза по температуре пирогаза на выходах змеевиков и давлениюреакционной смеси на их входах, дляохлаждения пирогаза - по температурепирогаза на выходах аппаратов и егодавлению на их входах, Профили изменения общего расхода сырья и пара взмеевики и средней температуры на выходах змеевиков определяют в зависимости от заданных скоростей их измеренных начальных значений, от состава сырья и количества образующихсякоксообразующих продуктов таким образом, чтобы получить за время пускаминимальное количество этих продуктов, реализацию найденных профилейосуществляют дискретно, при этом уп-.равление подачей сырья и пара в змеевики осуществляют с учетом давлениявоздуха на клапанах подачи сырья и.пара таким образом, чтобы выравнивать факторы идентичности пиролизав змеевиках и охлаждения в аппаратахзакалки. 3 ил. г, 1 изображена схема реалиедлагаемого способа; на рассчитанные по предлагаемобу оптимальные траектории изтемпературы пирогаза на выхо1 б 06525,/й 7 /7 ГЖ"Составитель Г.Огаджановецактор Н,Киштулинец Техред К.Ходанич Корректор М.Самборская Заказ 35 ираж 448омитета по изобросква, Ж, Рауш ВНИИПИ Государственного 113035, роизводств о-изд 850 830ИО 3 ч790 а 77075 О Ъ щ -" пв Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., д. 4/5 льский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 106525ком 11, которую необходимо установитьна печи после ее пуска Т, конечноезначение общего расхода сырья в печьР, конечное значение общего расхода 5пара в печь Р. Технологический реигламент накладывает ограничения наскорость изменения температуры пирогаза на выходе из печи Т(С), расходовсырья и пара в печь Р (й) и Р"(С):ат(Е) ЬТ 1 Рс(1 М 40 где Ти, - температура пирогаза на выходе змеевика, измеряемая 45датчиками 11;ш - индекс змеевика;И - количество змеевиков в печи, равное 8.Начальное значение расхода пара 50в печь равноЮРиРи (3)где. Ри, - расход пара в ш змеевик, изи55 меряемый ш датчиком 6, кг/ч.С целью избежания переразложенияуглеводородного сырья и закоксовывания печи в начальный момент пускапечи расход сырья в ее змеевики ус 3 160де змеевиков, расхода сырья и парапри ее пуске, при этом Т=750 СГ 3000 кг/ч, Гн =8800 кг/ч, Ьс=1/3 ч,ф=7 ч, Т=850 С, Р=15400 кг/ч, Р"7200 кг/ч; на фиг. 3 - сравнительные результаты изменения температурыпирогаза на выходе змеевиков при пус, ке печи по предлагаемому (фиг. За)способу и прототипу (фиг. Зб).Схема реализации предлагаемогоспособа (фиг. 1) включает крупнотоннажную многоточную пиролизную печ1, перед выходом из которой каждг. издвух групп змеевиков 2 объединяетсяв общую линию, и пирогаз двумя потоками поступает на два закалочно-испарительных аппарата 3, где подвергается резкому охлаждению. Подача сырьяи пара в змеевики производится соответственно с помощью кЛапанов 4 и 5,а расход пара и сырья в змеевики измеряется датчиками 6 и 7 соответст-венно. Давление реакционной смеси навходе в змеевики измеряется датчиками 8, давление воздуха на клапанахподачи сырья и пара в змеевики измеряется соответственно датчиками 9и 10,Температура пирогаэа на выходезмеевиков измеряется датчиками 11,давление пирогаза на выходе из печиизмеряется датчиками 12, а температура пирогаза на выходе закалочно-испа- .рительных аппаратов измеряется датчиками 13. Давление топлива в половине печи измеряется датчиками 14 ирегулируется регуляторами 15 и.регулирующими клапанами 16, Состав сырьяизмеряется датчиком 17 или лабораторным путем (блок 18), коммутация осуществляется ключом 19Информация отдатчиков 6, 11 и 13 расхода пара,температуры датчиков 8, 9, 10, 12 и14 давления, ключа 19 поступает навходы блока 20 расчета заданий. Сюдаже через ключи 21 поступает информация от датчиков 7 расхода сырья.Каждый из ключей 21 включается вручную после того, как соответствующийдатчик 7 расхода сырья будет очищенот парового конденсата. Команда пуска печи поступает в блок 20 от командного ключа 22. Кроме этой информации на входы блока 20 от ручных задатчиков поступает следующая информация: период выдачи управляющих воздействий ЬС; конечное значение температуры пирогаза, измеряемой датчи( Р (1)Для промышленных печей многотоннажного производства этилена ЭП эти значения равны: ЬТ =10-25 С/ч,ЬРр =500-200 кг/ч , ЬРир=1000- Ф3000 кг/ч.На основании поступающей в негоинформации блок 20 рассчитывает и выдает уставки на клапаны 4 и 5 подачисырья и пара в змеевики печи и в камеры заданий регуляторов 15 давлениятоплива на половины печи,Способ осуществляется следующимобразом.Сначала определяется возможное30время пуска печи, исходя из ограничений на скорость изменения температуры пирогаза на выходе змеевиков,расхода сырья и пара в печь, а такжеиз их начальных и заданных конечныхзначений этих параметров.35 Начальное значение температуры навыходе змеевиков. рассчитывается наосновании текущих значений температуры, измеряемых датчиками 11Е ТМ30 при этом должны выполняться ограничения (1)хгде Рс(С) - искомый закон измененияпри пуске печи общего расхода в нее сырья, кг/ч;Вж(й) - закон изменения при пускепечи выхода коксообразующих продуктов пиролиэапри пиролизе Ъ класса углеводородов, мас,Х;С) - содержание 9 класса углеводородов в сырье, подаваемом в печь, доли ед,3=1 - изопарафины, 2 -нормальные парафины, 3 -нафтены, 4 - ароматические углеводороды, измеряются или датчиком 17 состава сырья или задаютсяс помощью блока 18 задания состава сырья;Ож - количество образовавшихсяза.время пуска печи коксообразующих продуктов,кг,5 1 0652 танавливается скачкообразно до уровня 2000-3000 кг/ч, Поэтому Г=2000- 3000 кг/ч в зависимости от конструкции печи. Время пуска печи вычисляется по формуле5 Т -тпри д )эРТ рф Рк Рн йр = -- -" =1, при дс,; С (4)1 О=с при сьевс Мдббпр Т.е, выбирается время пуска такимобразом, чтобы выполнялись все триограничения на скорость измененияуправляющих воздействий,После определения по формуле (4)времени пуска печи в блоке 20 определяются законы изменения среднейтемпературы на выходе змеевиков, общего расхода сырья и пара в печь,Эти законы изменения должны быть та.кими, чтобы количество образовавшихсяза время пуска жидких коксообразующих25продуктов пиролиэа было минимальным1св. 1 в,вЙ ванч(с)сФве -мин о1 в,"сс),в"с),т "(с),Выход коксообразующих продуктовпиролиза рассчитывается по формуле 5 Вм =аожФажТ +аяжР+азжР +ааЮТ (й) Р",+азТ "в "Рй (6)Ф где Т- искомый закон изменения при пуске температуры пирогаза на выходе иэ змеевиков печи, С; Р(С) - искомый закон изменения при пуске общего расхода пара в печь, кг/ч; арж аэ параметры зависимости, определяемые экспериментальным путем и равные для производства ЭПаож 4 = -10, 15, а,ж,в= = -11,714, аожэ 14 43 в аож 4 = -63,8, ад=0,019, аж =0,0201, а,жэ =0,0229, аж 4 =0,0941, ааж=-з- -0,41610, аж= -0,4 У "10 , адж 4= -0,6210 , азж =0,476 ф 10 , аэжд=О 4 : -0,393 10 , азж 43 0 577 10 э ааж =0,22а,=0,2110, а 4 ж- =О, 19 ф 10 , а 4 ж 4=0,31в а ,=0,2110 , ажажа Ов ф 10 ь аз э 0 17 10 в ар =0,27 10 Задача оптимизации, решаемая блоком 20, формулируется следующим образом: за заданное время пуска печи получить минимальное количество коксообразующих продуктов при изменении управляющих воздействий Т(в.), Р (в.), Р (С) от измеренных начальных до заданных конечных значений и выполнении ограничений на скорость изменения управляющих воздействий.В качестве коксообраэующих продуктов пиролиза принята фракция углеводородов с температурой начала кипе- . ния 200 С. Таким образом, оптимальные траектории изменения управляющих воздействий Рс(Й)в Рп(С)в Т (Й) оп ределяются блоком 20 на основании информации, поступающей от датчиков11 и 6 температуры, расхода, от клю. ча 19 о составе сырья, от ключа 22 о команде пуска, а также на основании заданных значений величин Тк, Р, о вв х Рав ЬТр в ЬРср в 1 Рбр ф. Поставленная задача оптимизации решается блоком 20 с помощью методаоптимизации Хцкакивка в классефункций 3 порядка. При этом определению подлежат параметры функцийВв -,ВэзТ" =Ьол +Ьй+Ъл й +Ъзл л.э. Г(е)-Ьо+Ь л е+Ьы е+Ь,д сэ Р"й)=Ьоз+Ье +Ьазе +Ьээе(7) 20 где ЬС - период дискретности, задаваемый вручную, ч.Значения управляющих воздействийна 11 шаге определяется по формулам35Т=Ь Ол +Ь б ЮМ+Ь дл (Б Д) +Ь эл (Б Ж)Р" =Ьд+Ь Бдс+Ь(ЯДЕ)+Ъя(ЯДЕ) (9)слЯ эР=Ьоэ+Ьль 1 Ю+Ьаз(Мд) +Ьэз ЮД),140где 0=1,п,Далее значение общего расходасырья, подаваемого в печь на Б шаге пуска Рсл распределяется внутриФ45 печи между ее половинами и внутри половин печи между их змеевиками таким образом, чтобы выравнивать факторы идентичности охлаждения пирогаза в закалочно-испарительных аппаратах и факторы идентичности пиролиза в пирозмеевиках. Выравнивание осуществляется на основании следующих зависимостей, полученных путем моделирования и проверенных эксперименталь 55 но 50 р р с Р Ее; +Ел; Т; Р;+Еал Т;Р; т, т, к т, л ТФ 1 =Ео 1 +Е лТ 1 Р;+ЕЮ Т 1 Р 1(10) (11) при 0 С 6 Йр,10где- время, ч,В результате решения задачи оптимизации находят неизвестные коэффициенты Влл -В.э,Эта часть блока 20 расчета заданий реализуется на отечественныхмини- и микро-ЭВМ, например СММ,СМ. Электроника 60 или других.Время решения задачи составляет 1015 с и зависит от быстродействияиспользуемой ЭВМ. После того, какбудут определены оптимальные траектории изменения температуры пирогазана выходе и из печи, общего расхода сырья,и пара в печь, блок 20начинает их реализацию, которая осуществляется дискретно с периодом Дй.Число циклов выдачи управляющихвоздействий равно30(17) 8 Р и 8 т - весовые коэффициенты, выбираемые экспериментально Р;пл =ХщР;,+Хд,;,+ХуГ;,Р(12)с, пс йТ(т =Уо 1 щ+Ъ,;,т,Р;д+71 щР; +УзР , (13)где РзТ ; - давление и температурапирогаза соответственнона выходе и входе ЗИА;ПТ;, Р;, Г; - соответственно температура пирогаза на входе1. ЗИА, расход сырья ипара вполовину печи;Р, Т;д - соответственно давлениереакционной смеси навходе и температура нирогаза на выходе ш змеевикаполовины печнок иР, Г,щ - расход сырья и пара вш змеевикполовиныпечи;тР - давление топлива нар р, т т,половину печи;201 20 ф 20 ЕФ ф лсп) 31 аэ 01 ъ 1 Фпараметры зависимостей,начальные значения которых определяются путеммоделирования нли экспериментально в пределах;2; =0,1-0,4 кгс/см,.22=10 -3,5 10 кг / мф г СЕа; =10 -4,5кгс ч/см.кг СЕ,ы =330-360 С,Ел =1,5 10 -5,2 10 ч/кг,2; =3,3 10 -8,410 ч/кгХл=0,69 ф 10 -1,4110 кгс.ч/смлкгХд =2,2110 -4,1810кгс ч/смскгХэ;,п=0,310 -0,09 ф 10 кгс ч/(кг см)Уолт =860-940 оСТ;е =(-7,5 10 )-(-65,4 10 э) С ч/кгУат =(-4,610 З)-(-38,810 З) С ч/кг,Уэе =578-65,6 С см/кгсВыравнивание фактора идентичностиохлаждения пирогаза в двух ЗИА печина каждом шаге пуска осуществляетсяпутем миминизации выраженияр Р ФЬЮ= Еклр(Рзй-Еолл -Ел лл Р,ллл Тлл"л2т. т.;6525таким образом, чтобы ихсумма была равна 1;Р - измеренные датчиками 12 на,гН шаге значения давленияпирогаза на входе соответ 5ственно 1 и 2 ЗИА печи;Т, - измеренные датчиками 131на Б шаге значения темпе;ОТ - измеренное датчиками 111 Цна Н шаге значение температуры на выходе змеевиков д половины печиратуры пирогаза на выходесоответственно 1 и 2 ЗИА печи;искомое значение расхода сырья в х половину печи; значение задания по расходу пара в г половину печи, равное20 ФТ - значения задания по темМпературе пирогаза на выходе.из печи на И шаге ее Р р пуска 1Ео, -Е,и, Е , -Е;н - параметры уточ-.5няемые на Ы шаге по форму- лам расР Р (Рзн-Р , н )2 =Е + ---г ио 1 м о 1 н+ (Т 1 н Рс) + (Т 1 н Р; н )расР Р (Р,.-Рэ 1 н )Е жЕ + - - .- -------- к(20)6 Н 1 1+(, Рс ) +(т, Рьхт 1, р; 30 50 Ещ 2 З 1 Ц"ф 1 ц Р. (23) 45Раст (ТЫн-Т;и )21 н Й 11-4 1+(Г рс )" +(Т, р ) г1 н 1 к 1 Й 1 нл ихт;м Р 11 (24)Р Р т тд Ео,и- Ег,н-,. Ео,к Егй-параметров зависимостейна Ншаге;РасР,11, Тя - расчетные значения давления пирогаэа на входеЗИА и температуры пирогаза на выходе ЗИА, определенные на основании параметров Юшага;+ - ЕнБ;нстае Ваа,й гн,Р Р +н=оР 2 н Тв(РЭВ-Ео 1 н -Ег,н Р;н х Рассчитанные значения расхода сырья в половины печи распределяются затем внутри половин печи между ее(30) иР- измеренный на Н шаге датВчиками 6 расход пара в дполовину печиф ир" :р, (26)къ ксгде Р; - расход сырья в г половинупечи равныйс ср= ", р (27)късгде р - расход сырья в ш змеевик 1вйполовины печи или измеренный на,Ю шаге ш датчиком6, если ш датчик 6 очищенот кочденсата и включен вработу, или рассчитанныйна И шаге на основании информации о давлении на шклапане 9 подачи сырья,если датчик не очищен отконденсата, по формуле(28)сгде Р, - давление воздуха на т кла 1 юМпане подачи сырья, измеренное на Ю шаге датчиком 9;,а; - коэффициент, определяемыйэкспериментально в пределах 21 О -310 кг 1 ч/(а)Минимизируя величину ЙН с помощью метода множителей Лангранжа, получают следующие формулы для расчета величин Р,с 1 йР;- измеренные датчиками 8 наН шаге значения давленияреакционной смеси на входев ш змеевик х половины печи;ти- весовые коэффициенты, выбираемые экспериментально таким образом, чтобы их еумФма была равна 1; 25Р- заданное значение расходайВ йпара в змеевик половиныпечи, равное+ Рп 1 йц 1 юй 4Рс;й- искомое значение расходасырья в ш змеевикполовины печи, рассчитанное наН шаге,Р - заданное на ш шаге значеТй.ние давления топлива на 1.половину печи, определяется по формулефлтМ =Рт,й +К 1 й(тй Тй),(36) 30 35(37) 40 измеренное датчиком 14 на прошлом Бшаге значение давления топлива на х половину печи;уточняемый параметр на" стройки П-регулятора:тР й Р(38) где Р,; К =К + 1 й 1 И Фгде.Рт;й - значение задания регулятору давления топлива наполовину печи, рассчитан 55ное на прошлом шаге;тР- измеренное датчиком 14 на1 йН шаге значение давлениятоплива на д половину печи; змеевиками таким образом, чтобы выравнять факторы идентичности пиролиза в змеевиках. Выравнивая осуществляются путем минимизации выраженияф л у, 1 Н 2 р( й 4 и 3 тлй, й Ха 1 йР, й) +ц 1 т(тй УОвй У 1(ейРсраФ Ф 2Р; йгде Р4 ф (.35)5Т,й - среднее значение температуры на выходе змеевиковполовины, измеренное датчиками 11 на Б шаге;Кй, - значение параметра на Н шаге;Х-Х У, -У.; 1- параметры,уточняемые на Б шаге поформуламрас(Т,сй"Т;с 1 й ) Р, У -7 + и р ве ввииива ив 1 вй 3 йй+(Рс )г+(р )г+(рт )глй 1 ий 1 й(45)рас ра сгде Р, Т . - расчетные значения.1 вйайдавления смеси навходе и температурыпирогаза на выходезмеевика, определенные на основании параметров 5-1 шага; Х, -Х У. -Т; й- значения абай3 гпй с 1 вй-параметров зависимостей на Ншаге.Минимизируя величину В,й с помощью метода множителей Лангранжа, получают счедующие формулы для расчета-7Р ) Ф 48 3 щМ Т 1 й ( ) Таким образом, на каждом шаге по формулам 36, 37, 46 определяются оптимальные значения управляющих воздействий - расхода пара в ш змеевик, давление топлива на 1 половину, расхода сырья в ш змеевик, Рассчитанное значение давления топлива Р 1,1 постУФ11 Мпает в камеру задания регулятору 15, а рассчитанные значения расхода сырья и пара в змеевики печи преобразуются в давление воздуха КИП и А по формулам 20 для сырья: Р,Г 1 е 6(50) Фдля пара Р,П 1 ю 11 де Ьш 11 - параметр, определяемый по формуле 1600-р; 1 ей (Рк )1 й(53)45 Р, - давление воздуха на клапа 1 Щйне подачи пара в ш змеевикполовины печи, измеренное0на Б шаге ш датчиком 10;Р,1,- расход пара в ш змеевик 11 Мполовины печи, измеренныйдатчиком, 6 на Б шаге,ЕСли ш датчик расхода сырья очищен от конденсата, то параметр а;уточняется на Н шаге по формулеР ы;ш 11 рс р1 ейРассчитанные по формулам (50),(51) давления воздуха поступают отблока 20 на клапаны 4 и 5 подачи сырья и пара в змеевики. Эта частьблока 20, в которой рассчитываютсяуставки клапанам 9 и 1 О и регуляторам 15, может быть реализована какна базе средств вычислительной техники, так и на элементах УСЭППА.Предлагаемый способ управления позволяет определить и реализовать оптимальную программу пуска печи, котораясводит к минимуму ее закоксованиепри пуске. Зкономический эффект от его внедрения по сравнению с известным способом управления достигается за счет увеличения производительности печей по целевым продуктам, за счет увеличения их выходов на пропущенное сырье, а также времени пробега. В первом случае производительность увеличивается на 0,8-1,1 отн,Е, во втором - на 1,5-2 отн,Х,Формула изобретенияСпособ автоматического управления пуском многопоточной пиролизной печи, включающий регулирование подачи сырья и пара в змеевики печи и температуры пирогаза на выходе змееви" ков печи в зависимости от факторов .идентичности процессов пиролиза в змеевиках и его охлаждения в закалочно-испарительных аппаратах, определяемых для процесса пиролиза по температуре пирогаза на выходах змеевиков и давлению реакционной смеси на их входах и для процесса охлаждения " по температуре пирогаза на выходах закалочно-испарительных аппаратов идавлению на их входах, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности печи по целевым продуктам на единицу переработанного сырья, дополнительно измеряют состав сырья и давление воздуха на клапанах подачи сырья и пара в змеевики печи, устанавливают заданные скорости изменения расходов сырья и пара в печь, температуры пирогаза на выходе печи и их заданные конечные значения, вычисляют количество коксо,образующихся продуктов в зависимости 1 от расходов сырья и пара в печь и температуры пирогаза на выходе печи в зависимости от состава сырья, от заданных скоростей изменения, конечных и измеренных начальных значений расходов сырья и пара в печь и температуры пирогаза на выходе печи, вычисляют оптимальные по времени профили изменения общего расхода сырья и пара в печь и температуры пирогаэа на выходе печи, обеспечивающих минимальное количество коксообразующихся продуктов, осуществляют дискретную реализацию найденных оптимальных профилей, при этом поддерживают на одинаковом значении факторы идентичности процессов пиролиза в змеевиках и охлаждениязакалочнорителх аппаратахпутем распределения расхода сырья ипара в змеевики печи с коррекцией по давлению воздуха на клапанах подачисырья и пара.1606525 ла 8 ЗО во ип %о ц770 О ъ 4 750 730 16,0О